Диспетчерское управление автоматизированным производством на базе SCADA системы

ВВЕДЕНИЕ


Ранние управляющие решения, предварившие наступление эры SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition), назывались «телеметрическими» системами и представляли собой попытки организовать дистанционный мониторинг небольшого числа параметров (обычно одного-двух). В те времена никому и в голову не могло прийти, что уже к концу столетия оператор управляющей системы будет видеть буквально всё происходящее на удалённой станции. Тем не менее, все основные требования, которым должны удовлетворять современные решения типа SCADA, равно как и большинство обеспечиваемых такими решениями преимуществ, присутствовали уже в телеметрических системах начала 70 годов прошлого века хотя бы в зачаточном виде. Для отображения текущего состояния системы тогда использовались «имитационные стены» (mimic wall). Оперативность вывода информации на такие стены можно охарактеризовать как «приближающуюся к реальному времени»: показания индикаторов и лампочек изменялись вручную по мере того, как перемещающиеся по удалённым локациям операторы получали новые данные.

Аббревиатура SCADA расшифровывается как Supervisory Control and Data Acquisition - диспетчерский контроль и сбор данных. Почему контроль здесь назван «супервизорским»? В ранних SCADA-подобных системах вроде тех, что применялись в задачах водоснабжения и водоочистки в 60-70 годах XX века, связь между диспетчерской (головной станцией SCADA) и удалёнными станциями была столь призрачной, что организовать полноценный оперативный контроль не представлялось возможным [1].

В ранних SCADA системах, использовавшихся на предприятиях водоснабжения и сбора сточных вод, применялись арендованные телефонные пары, по одной паре на один сигнал/аларм. Однако это было слишком дорого и ненадежно. Это подвигало SCADA-операторов на поиск других решений. В 1970 годах многие попытались перейти на радиосвязь и немедленно столкнулись с целым рядом проблем: полосы частот тогда были значительно уже, чем в начале XXI столетия, а правила лицензирования частот в городах по всему миру были таковы, что зачастую превращали SCADA системы на базе радио в несбыточную мечту [2].

Ситуация упростилась после того, как в 70 годах прошлого века начался переход с аналоговой телеметрии, функционирующей по принципу частотной модуляции (Frequency Shift Keying/FSK), к цифровой телеметрии. Первые цифровые решения были частнофирменными, затем появились системы на базе COTS-продуктов (Commercial Off The Shelf/готовые коммерческие продукты с полки). Микропроцессоры вкупе с разработанными в НАСА технологиями сжатия и кодирования (метод Боуза-Чоудхури и др.) позволили организовывать передачу на одной радиочастоте (или по одной арендованной линии в тех случаях, когда использовать радио было нельзя) сразу несколько алармов и аналоговых величин [2].

В современных управляющих системах типа SCADA связь с полевыми устройствами и корпоративным уровнем реализуется поверх Ethernet или беспроводных сетей на базе технологий OPC (OLE for Process Control) и TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol), не привязанных жёстко к конкретным коммуникационным протоколам и средам. В самых новых системах применяются сервисы Microsoft .NET и стандарт XML (eXtensible Markup Language), которые расширяют возможности технологии OPC и традиционных сетевых коммуникаций [2].

Стоит задача обеспечить обучение специалистов использованию SCADA систем для работы на производстве, конструкторских бюро и научных учреждениях. В рамках дипломного проекта разработаны вопросы методического обеспечения использования SCADA систем для разработки объектов автоматизации для студентов 4-5 курсов и обобщены наработанные на кафедре РТС материалы по данному вопросу, в разработке которых активное участие принимали студенты в рамках НИРС.

Методические рекомендации разработаны на основе SCADA Citect.


1. ОСНОВЫ SCADA СИСТЕМ


Создание системы управления предусматривает выполнение следующих задач:

создание проекта. Для снижения риска потерь информации в результате ошибок и неисправностей (типа отказов накопителей на жёстких дисках) настоятельно рекомендуется регулярно создавать резервные копии разрабатываемых проектов:

организация канала связи с устройством. Если в момент создания проекта все параметры канала связи будут неизвестны, вместо него можно воспользоваться «эмулятором», создаваемым в памяти компьютера;

определение состава данных, которые должна получать, передавать и обрабатывать система путём определения так называемых тэгов. Следуя соглашениям об организации тэгов, определить большинство требуемых тэгов можно будет без знания физических адресов;

создание графических страниц с помощью Графического редактора. После создания базовых страниц их можно будет заполнять требуемыми графическими объектами в соответствии с прикладным назначением;

определение с помощью Редактора проектов всех параметров, не связанных с графическими страницами (например, алармов, отчётов, событий, параметров регистрации данных и т.д.) [3].


1.1 Обмен информацией с внешними устройствами


Самая важная проблема при разработке системы управления на базе SCADA системы - это организация получения данных с устройств нижнего уровня (программируемыми логическими контроллерами, расходомерами, преобразователями частоты, и т.д.).

Современные SCADA системы не ограничивают выбора аппаратуры нижнего уровня (контроллеров), так как предоставляют большой набор драйверов или серверов ввода/вывода и имеют хорошо развитые средства создания собственных программных модулей или драйверов новых устройств нижнего уровня. Для подсоединения драйверов ввода/вывода к SCADA системе в настоящее время используются следующие механизмы:

а) ставший стандартом динамический обмен данными DDE (Dynamic Data Exchange);

б) собственные протоколы фирм-производителей SCADA систем, реально обеспечивающие самый скоростной обмен данными;

в) ОРС-протокол, который, с одной стороны, является стандартным и поддерживается большинством SCADA систем, а с другой стороны, лишен недостатков протоколов DDE [1].

Изначально протокол DDE применялся в первых человеко-машинных системах в качестве механизма разделения данных между прикладными системами и устройствами типа ПЛК (программируемые логические контроллеры). Для преодоления недостатков DDE, прежде всего для повышения надежности и скорости обмена, разработчики предложили свои собственные решения (протоколы), такие, как AdvancedDDE-или FastDDE-протоколы, связанные с пакетированием информации при обмене с ПЛК и сетевыми контроллерами. Но такие частные решения приводят к ряду проблем:

для каждой SCADA системы пишется свой драйвер для поставляемого на рынок оборудования;

в общем случае два пакета не могут иметь доступ к одному драйверу в одно и то же время, поскольку каждый из них поддерживает обмен именно со своим драйвером.

Основная цель ОРС-стандарта (OLE for Process Control) заключается в определении механизма доступа к данным с любого устройства системы управления. ОРС позволяет производителям оборудования поставлять программные компоненты, которые стандартным способом обеспечат клиентов данными с ПЛК. При широком распространении ОРС-стандарта появятся следующие преимущества:

-ОРС позволят определять на уровне объектов различные системы контроля и управления, работающие в распределенной неоднородной среде;

-ОРС устранят необходимость использования различного нестандартного оборудования и соответствующих коммуникационных программных драйверов;

-у потребителя появится больший выбор при разработке приложений.


1.2 Взаимодействие SCADA системы Citect с устройствами ввода/вывода


Система Citect может взаимодействовать с самыми разными измерительными и управляющими устройствами ввода вывода, оснащенными портами связи и другими каналами передачи данных (включая программируемые контроллеры, контроллеры контуров регулирования, считыватели штрих-кодов, лабораторные анализаторы, дистанционные терминальные устройства и распределённые системы управления).

В зависимости от способа подключения к системе Citect все устройства можно условно разделить на две категории: локальные (Local) и удалённые (Remote) [1].

а) Локальные устройства в/в подключаются к серверам в/в Citect непосредственно.

б) Удалённые устройства подключаются к системе Citect через промежуточные средства связи (радиоканалы, модемные и телефонные линии и т.д.) [1].

Связь с устройствами обоих типов может быть постоянная, периодическая или по запросу.

Типы каналов связи

Система Citect поддерживает четыре следующих типа связи:

-последовательная,

-связь с интерфейсными модулями ПЛК,

-связь с модулями накопления данных,

-связь с DDE-серверами.

Независимо от того, является ли устройство ввода вывода локальным или удалённым, наиболее часто его подключение к системе выполняется последовательными линиями связи. Как правило, используется один из трёх общепринятых стандартов: RS-232. RS-422 и RS-485 [1].

Система Citect поддерживает множество способов подключения устройств ввода/вывода: к коммуникационным СОМ-портам компьютера, к модулям высокоскоростной последовательной связи либо к специальным связным адаптерам, поставляемым производителем устройства ввода вывода. В любом случае настройка параметров взаимодействия будет простой благодаря использованию мастера настройки связи с устройствами ввода вывода [1].

Сигналы поступающие в устройство ввода, вывода, могут представлять собой какие-либо технологические показатели (например, местоположение продукции, скорость вращения двигателя, состояние оборудования, температуру в печи и т.д.). Выходные сигналы обычно представляют собой

какие-либо управляющие команды типа команды запуска электродвигателя, изменения скорости вращения вала, открытия вентиля, включения индикаторной лампы и т.д. В некоторых устройствах ввода вывода (типа ПЛК) выдача выходных сигналов осуществляется под контролем программы [1].

Значение каждого входного и выходного сигнала хранится в устройстве ввода/вывода в отдельных ячейках памяти, называемых регистрами. Обращение к тому или иному регистру осуществляется по его адресу.

Читая данные из регистров устройств ввода-вывода и записывая в них новые значения, система Citect накапливает сведения о производственном окружении, сохраняя их для дальнейшего анализа, а также для оптимального управления технологическими процессами и используемым оборудованием.

Обычно читать данные из всех регистров устройства (или записывать в них новые данные) нет необходимости, и в состав системы Citect входит редактор проектов, с помощью которого пользователь определяет, какие входные и выходные сигналы требуется контролировать. После указания адресов соответствующих регистров можно использовать их в программах управления системой, вывода информации на операторский экран, построения трендов, регистрации данных и генерации алармов [1].

Устройства ввода/вывода типа ПЛК. как правило, уже имеют в своём составе программы, обеспечивающие низкоуровневое регулирование производственных процессов. Программа ПЛК непрерывно считывает (сканирует) входные регистры контроллера и устанавливает значение выходных регистров в соответствии с внутренней логикой управления. Хотя система Citect в состоянии заменить собой программу ПЛК, делать этого не рекомендуется. ПЛК отличаются очень малым временем реакции (как правило, от 1 до 100 мс). Замена их системой Citect может привести к значительному снижению общей производительности системы управления. Назначение системы Citect - дополнять программы ПЛК (т.е. обеспечивать управление и мониторинг на высоком уровне) [1].

Компьютер, с которым непосредственно соединено устройство ввода вывода, называется сервером ввода/вывода. Сервер ввода вывода хранит в своей кэш-памяти актуальные данные, получаемые в результате периодического обращения ко всем подключенным к нему устройствам. Когда бы клиент Citect (дисплейный клиент, сервер трендов, сервер отчётов и т.д.) ни обратился к серверу, последний всегда выдаст самую последнюю информацию из своего кэша [1].

Система Citect обращается к компьютеру, к которому непосредственно подключено устройство ввода вывода, как к серверу ввода/вывода. С одним и тем же сервером может быть соединено несколько устройств. Чтобы получить информацию о состоянии устройства ввода вывода, клиент Citect (дисплейный клиент, серверы трендов, отчётов и т.д.) обращается не к самому устройству, а к соответствующему серверу, который осуществляет непосредственный обмен данными с устройством [1].


1.2.1 Переменные тэги

С каждым адресом в устройстве ввода, вывода, используемым в исполнительной системе Citect. должен быть связан отдельный переменный тэг. Определение переменных тэгов заключается в создании соответствующих объявлений в базе данных переменных тэгов. После объявления переменный тэг становится меткой, используемой в качестве ссылки на соответствующий регистр устройства ввода вывода.

Преимущество использования переменных тэгов заключается в том, что:

а) нет необходимости каждый раз вспоминать точный адрес регистра при его использовании. Названия тэгов могут быть гораздо более описательными и потому более запоминающимися:

б) адрес в устройстве ввода/вывода определяется только один раз. При изменении адреса достаточно изменить определение переменного тэга - а не каждую ссылку на этот адрес в программе:

в) в определении переменного тэга исходные данные можно масштабировать [3].

Переменные тэги должны иметь определённый тип данных. Наиболее часты для устройств ввода-вывода целый и логический типы данных.

В системе Citect также поддерживаются такие типы, как вещественный (Real), символьный (String), байтовый (Byte), двоично-десятичный (BCD), расширенный целый (Long) и расширенный двоично-десятичный (LongBCD).

После определения переменных тэгов их можно использовать:

-при отображении объектов на графической странице.

-для хранения данных, используемых для построения трендов и анализа.

-для мониторинга алармов.

-для управления оборудованием и технологическими процессами.

Наиболее часто поддерживаемые устройствами ввода/вывода типы данных - это целый и логический, хотя возможны и другие.


Рисунок 1.1 - Параметры переменных тэгов


Переменные тэги обладают следующими параметрами (смотри рисунок 1.1):

а) Название тэга. Оно должно быть не длиннее 32 символов. Рекомендуется использовать стандартизованный способ назначения имен, чтобы облегчить последующую работу с ними, их поиск и сортировку (название должно быть уникально в пределах кластера).

б) Тип данных - 16 символов.

BCD - двоично-десятичный. Занимает 2 байта памяти, допустимые значение 0-9999.

BYTE - байтовый, занимает 1 байт памяти, допустимые значении 0-255

DIGITAL - логический , занимает 1 бит или байт, допустимые значения 0 или 1

INT - целые со знаком, занимает 2 байта, допустимые значения - 32768-32767

UINT - Целые без знака, занимает 2 байта допустимые значения 0-65535.

LONG - расширенный - 4 байта, допустимые значения -2147487648-2147484647

LONGBCD - расширенные двоично-десятичные, 4 байта, 0-999999999

REAL - вещественный с плавающей запятой 4 байта , допустимые значения - 3,4е38-3,4e38

STRING - символьный, до 256 байтов, ASCII (c нулевым завершающим байтом.)

Тип определяемого переменного тэга должен соответствовать типу данных устройства ввода-вывода. Каждый тип данных отличается своим форматом адреса, который необходимо соблюдать при определении адреса переменной. Система Citect допускает конкатенацию регистров устройств ввода-вывода. Например, два подряд идущих регистра устройства ввода-вывода можно определить в системе Citect как один тэг вещественного типа. Система будет считывать оба регистра и возвращать результат как вещественное число. При конкатенации регистров результирующие адреса должны быть либо все четные, либо все нечетные. Этой возможностью нужно пользоваться осторожно, устройство ввода-вывода должно обеспечивать целостность второго регистра [3].

В дополнение к данным числовых типов некоторые устройства ввода-вывода могут поддерживать строки, состоящие из ASCII-символов. Эти строки могут использоваться для хранения разнообразной текстовой информации (например, поступающей от считывателей штрих-кодов). Все строки ASCII-символов должны в устройстве ввода-вывода дополняться нулевым байтом. Нулевой символ (NULL) используется в системе Citect как символ конца строки, и если этот символ отсутствует, то дополнительно будут считываться (и отображаться) символы, не входящие в состав строки (хранящиеся в памяти после данной строки). Данные этого типа можно также использовать для хранения рецептов или отображаемых для оператора сведений. Строки символов поддерживаются не всеми устройствами ввода вывода. Однако если оно может работать с регистрами целого типа, то они могут использоваться и для хранения ASCII-строк в устройстве. Строки символов записываются только в непрерывный блок регистров и хранятся как массив символов [3].

-Название устройства ввода-вывода (16 символов), в котором будут храниться данные переменного тэга. Если в системе существуют резервирующие устройства ввода-вывода, то в данном поле следует указывать название основного, а не резервного устройства.

-Адрес. Адрес регистра в устройстве ввода- вывода, в котором хранятся данные. Формат записи и префикс адреса зависит от типа устройства ввода-вывода.

-Минимальное и максимальное исходные значения (10 символов). В этих полях указываются минимальное и максимальное значение исходных данных, которыесистема Citect считывает из устройства ввода вывода.

-Минимальное и максимальное значение в единицах измерения (10 символов).

-Границы шкалы значений в единицах измерений, определяемые на основе исходных значений. Минимальному исходному значению сопоставляется минимальное значение в единицах измерения, максимальному исходному - максимальное значение в единицах измерения. Указанные величины в единицах измерения используются при построении трендов и столбиковых диаграмм в качестве нижнего и верхнего пределов. Большинство устройств ввода-вывода возвращают целые значения, соответствующие измерениям аналоговых входных величин. Обычно устройство ввода вывода преобразует входной сигнал (как правило, но не всегда, из диапазона 4-20 мА) в выходное значение, лежащее в диапазоне 6400-32000. Для отображения полученных показаний в некотором значащем виде их необходимо преобразовать [3].

Получение значений, выходящих за границы указанного диапазона исходных значений, приведёт к появлению в рабочей системе ошибки "Out of Range" (Выход за границы). Для логических и символьных типов данных задавать подобное преобразование не рекомендуется.

Единицы измерения (8 символов). Единицы измерения преобразованных величин (например, "%", "градус", "м/с" и т.д.). Указывать единицы измерения не обязательно. Если они отсутствуют, то в отображении значений не используются.

Формат (10 символов). Формат отображения значения тэга на графической странице, записи в файл или передачи функции в качестве аргумента символьного типа. Указывать формат не обязательно. Если он отсутствует, то по умолчанию используется формат. Для логических и символьных типов данных формат вывода обычно не указывается [3].

Связанный. В поле «Связанный» в строке состояния окна определения переменного тэга отображается либо слово «Да», либо «Нет» в зависимости от того, связан ли данный тэг с внешним источником данных. При программировании устройства вводавывода программными средствами, отличными от системы Citect, внешний источник может использоваться в качестве хранилища значений тэга. Значения связанных с внешними источниками переменных тэгов обновляются вместе с каждым изменением состояния внешнего источника, устраняя, таким образом, необходимость постоянного ввода новых данных в систему Citect.

Кроме переменных тэгов в системе Citect используются тэги тренда и SPC тэги. Тэги тренда рассмотрены в разделе Тренды.

Мониторинг и совершенствование качества продукции или услуг осуществляется с помощью методов статистического контроля качества (SQC - Statistical Quality Control). Статистическое управление процессами (SPC - Statistical Process Control) - это один из главных инструментов управления качеством. В SPC входят сбор, сортировка и интерпретация производственных показателей, имеющих отношение к продукции с точки зрения однородности качества.

Отклонения свойственны любому производственному процессу. Учитывая данное обстоятельство, необходима реализация стратегии непрерывной коррекции. Приведённая далее последовательность действий позволяет предотвращать многие неблагоприятные события. Именно её постоянное выполнение и обеспечивает высокую эффективность статистического управления:

-Анализ процесса.

-Определение степени непостоянства процесса.

-Определение степени статистической управляемости процесса.

-Определение степени соответствия процесса предъявляемым требованиям и возможности их удовлетворения.

-Определение наиболее критичных задач.

-Управление процессом.

-Совершенствование процесса.

В статистическом управлении процессами реализованы следующие концепции:

-вариации;

-статистическое управление,

-устойчивость процесса,

а также следующий инструментарий:

-контрольные диаграммы Шухарта,

-диаграммы устойчивости,

-диаграммы Парето.

SPC-тэги определяют данные, которые должны накапливаться для использования в SPC-операциях. После своего определения эти данные могут оперативно анализироваться во время выполнения программы (в виде SPC-диаграмм и алармов). SPC-тэги аналогичны трендам. Система Citect может накапливать любой объём данных для SPC-операций. Единственное ограничение - доступная ёмкость жёсткого диска компьютера. (В Citect реализован весьма эффективный способ сохранения данных, обеспечивающий высокий коэффициент использования дискового пространства.) Для длительного хранения информации её можно в виде архива переписать на другой диск или магнитную ленту (не прерывая при этом нормальную работу системы). Данные могут регистрироваться как регулярно (через определённые интервалы времени), так и в момент возникновения событий (аналогично регистрации данных для построения трендов). При определении SPC-тэгов указание верхнего и нижнего допустимых предела является обязательным, если планируется анализировать устойчивость процесса. Эти значения должны достаточно точно отражать пользовательские требования, причём эталонное значение должно лежать посередине между ними. Если эти величины не указать, то анализ устойчивости будет невозможен [3].

Таким образом, тэги являются базой для создания проекта.


1.3 Графические средства Citect


Исполнительная система Citect, как правило, представляет собой набор графических страниц, отображаемых на экране монитора (мониторов). Графическая страница - это своего рода «окно в процесс», предоставляющее возможность не только наблюдать за технологическим процессом, но и изменять его параметры. Графические страницы могут также использоваться для отображения состояния технологического оборудования (представленного на них в виде специальных графических элементов - объектов). Графические страницы могут занимать как весь экран целиком, так и только его часть, при этом отображаться они могут в любом порядке, задаваемом как командами оператора, так и логикой управляющей программы [3].

Важно создать графические страницы таким образом, чтобы они охватывали весь технологический процесс и предоставляли оператору всю необходимую для управления информацию, причем процесс создания графических страниц проекта должен быть максимально упрощен, и разработчика надо снабдить полным и удобным инструментарием.предлагает разработчику следующие возможности:

-шаблоны большинства типов наиболее часто используемых страниц (окон);

-инструментарий для создания и динамизации графических объектов;

-специальный редактор для создания точечных изображений;

-библиотеку статических объектов;

-библиотеку джиннов и суперджиннов [1].


1.3.1 Графические инструменты и шаблоны страниц

В Citect представлен широкий набор шаблонов практически для всех типов окон операторского интерфейса. Ниже приведено описание некоторых шаблонов, хранящихся в библиотеке:

-Blank - шаблон пустой страницы;

-Normal - шаблон базовой страницы для создания мнемосхем технологических процессов;

-PageMenu - шаблон для создания страницы меню, которая позволяет оператору быстро переходить к другим страницам или группам страниц проекта;

-BookMenu - шаблон для создания меню в формате книг;

-TabMenu - шаблон для создания меню в формате таблиц;

-Single Trend - шаблон для создания страницы с одним окном трендов, в котором имеется до 8 перьев;

-Double Trend - шаблон для создания страницы с двумя окнами трендов, в каждом из которых имеется до 8 перьев;

-Compare Trend - шаблон для создания страницы с двумя трендами, наложенными один на другой в целях их сравнения;

-Pop Trend - шаблон для создания маленькой страницы трендов, которая будет играть роль выпадающей страницы;

-Alarm - шаблон для создания страницы текущих алармов;

-Summery - шаблон для создания страницы сводки алармов;

-Hardware - шаблон для создания страницы аппаратных алармов [1].

Независимо от выбранного шаблона в нем уже представлены все необходимые элементы: рамки, линейки и т. д.

Последовательность расположения страниц в проекте определяется при проектировании системы управления в диалоге «Свойства страницы».

С помощью средств навигации (клавиш) оператор имеет возможность последовательно переходить с одной страницы на другую в порядке возрастания (клавиша «Next») или убывания (клавиша «Prev»). Всегда под рукой у оператора находятся клавиши перехода на страницы алармов (текущие алармы. аппаратные алармы и сводка алармов).

Для быстрого перехода на произвольную страницу предусмотрена клавиша «Выбор». В каждом шаблоне страницы представлены средства отображения аварийных ситуаций и кнопка вызова справочной системы [1].


Рисунок 1.2 - Панель графических инструментов


На рисунке 1.2 представлен набор графических инструментов:

. - произвольная линия; 2. - прямоугольник, квадрат; 3. - многоугольник; 4. - текст; 5. - кнопка; 6. - тренд; 7. - вставка символа; 8 - объект «ActiveX»; 9 - управление базами данных; 10 - прямая линия; 11 - круг; 12 - трубопровод; 13 - число; 14 - набор образов; 15 - объект Cicode; 16 - джинн; 17 - анализатор процессов.

Действия, необходимые для рисования объектов с помощью инструментов (смотри рисунок 1.2) очень просты и могут быть быстро освоены. Для рисования таких объектов, как прямоугольник (квадрат), окружность (эллипс), кнопка, тренд, надо щелкнуть левой кнопкой мыши по соответствующему инструменту, подвести курсор к выбранному месту рабочего поля и. нажав и удерживая левую кнопку мыши, растянуть объект до требуемых размеров [1].

Выбор инструментов вставка «объекта» или «вставка джинна» открывает соответствующую библиотеку. Следует выбрать объект для вставки на графическую страницу и щелкнуть «Ок».

При вставке объектов с заданием динамических свойств после выбора этого инструмента предлагается сначала щелкнуть по рабочему полю, что вызовет на экран диалог для конфигурирования свойств объекта. Из этого диалога имеется доступ в библиотеку статических объектов [1].

После размещения объекта, созданного любым из инструментов, на странице автоматически появляется соответствующий диалог настройки свойств объекта. Объекты, созданные такими инструментами, как кнопка, тренд, вывод данных, вставка символов с заданием динамических свойств, выражение Cicode, вставка джинна, требуют настройки свойств [1].

В системе Citect набор свойств для большинства объектов - стандартный (смотри рисунок 1.3):

-перемещение - горизонтальное, вертикальное, вращательное;

-размер - горизонтальный, вертикальный;

-цвет заполнения и изменение цвета;

-команды по нажатию;

-команды клавиатуры;

-ползунковый регулятор - горизонтальный, вертикальный, вращательный;

-видимость;

-блокировка;

-управление доступом [1].


Рисунок 1.3 - Свойства графического объекта


Диалог «Свойства объекта» содержит несколько закладок (рисунок 1.3): «Вид», «Движение», «Масштабирование», «Заполнение», «Ввод», «Регулятор», «Доступ». Щелчок мыши по любой из этих закладок выводит на экран соответствующий диалог для конфигурирования свойств объекта.

Закладка «Вид» определяет характеристики внешнего вида объекта: тип контурной линии (толщина линии, тип, цвет), цвет заполнения, тень и т. д. Здесь же определяется видимость объекта для оператора (объект может появиться на экране или исчезнуть в зависимости от выполнения некоторого условия).

Объекты или группы объектов могут перемещаться в режиме исполнения при изменении значения переменной или выражения. По умолчанию при увеличении значения этого выражения объект перемещается вправо, а при уменьшении значения - влево.

В диалоге «Движение» предлагается определить переменную или выражение, вызывающее перемещение объекта, его минимальное и максимальное значения, а также расстояния в пикселях, на которые будет перемещаться объект влево при принятии выражением минимального значения и вправо при принятии выражением максимального значения.

Ширина объекта или группы объектов может динамически изменяться в режиме исполнения при изменении значения некоторого выражения при увеличении-уменьшении значения выражения ширина объекта соответственно увеличивается/уменьшается. В диалоге «Масштабирование» предлагается определить выражение, вызывающее изменение ширины объекта, его минимальное и максимальное значение, а также минимум и максимум ширины объекта в процентах от ширины нарисованного объекта.

На закладке «Заполнение» определяются степень (уровень) заполнения объекта или его цвет в зависимости от значения выражения или переменной в режиме исполнения, где предлагается определить переменную или выражение, которые определяют изменение уровня в объекте, минимальное и максимальное значения уровня, процент закрашивания объекта при минимальном и максимальном значениях уровня, а также направление закрашивания объекта.

Закладка «Ввод» предоставляет разработчику возможность связать с объектом некоторую команду, которая будет выполняться при щелчке мыши на объекте. Можно также связать объект с командой, подаваемой с клавиатуры. В диалоге «Регулятор» определяются объекты, которые можно использовать в качестве регуляторов. При перемещении объекта оператором (например, ползунка по шкале) значение соответствующей переменной будет меняться [1].

Название следующего диалога - «Доступ» - говорит само за себя. Здесь определяются зоны и объекты, доступные каждому из пользователей. Например, доступ к таким объектам, как регулятор, предоставляется не всем операторам, и только просмотр текущего состояния параметров процесса может быть доступен всем.

Каждая из рассмотренных закладок диалога «Свойства объекта» в свою очередь имеет боковые закладки. Например, диалог «Движение» имеет три боковые закладки, связанные с типом перемещения: горизонтальное, вертикальное и вращательное.

В диалоге «Заполнение» представлены две боковые закладки: цвет и уровень. Для других диалогов боковые закладки помогут задать такие свойства, как видимость, команды клавиатуры, команды, которые будут выполняться при нажатии на объект и т. д. [1].

При заполнении рассмотренных выше диалогов в них часто требуется вводить имена переменных, используемых в проекте, и функции Cicode. С одной стороны, это занимает много времени, с другой - повышается вероятность ошибки при вводе имени переменной или Cicode-функции. Во избежание этого в диалогах предусмотрена иконка, с помощью которой можно открыть список переменных проекта или список функций Cicode, соответствующих выбранному диалогу.


1.3.2 Библиотечные элементы

При разработке операторских интерфейсов пользователю приходится применять графические объекты, представляющие собой технологические аппараты (колонны, емкости, теплообменники и т. д.), участки трубопровода, клапаны и такие агрегаты, как насос, электродвигатель, контроллер и т.д. Как правило, это сложные объекты, полученные объединением множества простых объектов, или рисунки типа Bitmap

Создание каждого из этих объектов требует большого времени и может значительно затянуть разработку приложения Для ускорения работы над проектом Citect предлагает разработчику библиотеку объектов, которая включает более 500 готовых графических компонентов. (смотри рисунок 1.4)


Рисунок 1.4 - Библиотека графических образов


Библиотека состоит из большого количества разделов (например, раздел емкостей, теплообменников, клапанов, насосов, иконок и т. д.), каждый из которых содержит широкий набор объектов определенного типа.

Теперь нет необходимости рисовать объект и терять драгоценное время, если подобный объект есть в библиотеке. Достаточно открыть библиотеку объектов щелчком по иконке инструментария, выбрать раздел, затем - объект и вставлять ого в любые окна приложения. Операция вставки готового объекта занимает всего несколько секунд.

Если же нужного объекта в библиотеке нет, его можно импортировать из других Windows-программ. В Citect можно копировать объекты самых различных форматов: BMP, .DXF, .PCX. WMF и многих других.

В крайнем случае, объект можно нарисовать и скопировать в свою библиотеку. При модификации графического объекта в библиотеке автоматически меняется его образ во всех окнах, где он используется [1].

Часто используемые объекты и группы объектов (включая графические изображения) можно сохранять в библиотеках и использовать их неограниченное число раз.

После внедрения объекта на странице его можно перемещать, трансформировать и т.д., произвольным образом меняя его характеристики и свойства (как и любого другого объекта на странице).

Вставлять объект из библиотеки можно двумя способами: как несвязанный объект: изменение библиотечного не влечёт за собой изменение объекта на странице; как связанный объект: изменение библиотечного объекта влечёт за собой изменение объекта на странице (чтобы изменить свойства библиотечного объекта, откройте библиотеку и модифицируйте его там). Следует иметь в виду, что все изменения библиотечного оригинала немедленно выполняются со всеми внедрёнными копиями, даже если последние были перед этим модифицированы. Например, если сначала увеличить размеры копни библиотечного объекта на странице вдвое, затем вдвое увеличить размеры оригинала в библиотеке, то размеры объекта-копии также будут увеличены вдвое (второй раз). Вместе с тем пользователь имеет возможность в любой момент времени разорвать связь копии с библиотечным оригиналом, выполнив команду «Разорвать связь» меню «Правка» [3].

При сохранении какого-либо объекта в библиотеке одновременно с ним запоминаются и все его текущие свойства и параметры. При вставке объекта из библиотеки на страницу эти свойства будут свойствами по умолчанию. Доступ к свойствам вставленного объекта несколько отличается от свойств обычных объектов: менять можно только свойство видимости.

Если вставленный объект является составным, то для доступа к его компонентам простого двойного щелчка на них кнопкой мыши будет недостаточно. Чтобы отобразить на экране таблицу свойств таких объектов, следует сначала нажать клавишу «CTRL» и, не отпуская её, дважды щёлкнуть на объекте кнопкой мыши. Можно также выполнить команду «Перейти к объекту» меню «Инструменты», указать группу и нажать кнопку «ОК». При этом, если связь объекта с библиотекой будет сохранена, большую часть свойств изменить будет нельзя [3].

Примером использования библиотечных объектов может стать командная кнопка, которая выполняет одинаковые функции на нескольких страницах. Один раз определив параметры такой кнопки и сохранив её в библиотеке, можно использовать её на страницах произвольное число раз, при этом свойства внедрённых кнопок будут одинаковыми [3].


.3.3 Джинны и суперджинны

Как правило, каждый объект на графической странице конфигурируется отдельно от других. Джинны представляют собой группу взаимосвязанных объектов, хранимых в библиотеке джиннов (аналогичной библиотеке графических образов). Впоследствии джинны могут использоваться как обычные объекты (т.е. внедряться в страницу, перемещаться, трансформироваться и т.д.), при этом менять можно одновременно параметры всех входящих в них элементов [3].

В джиннах наряду с объектами могут сохраняться все конфигурационные параметры. Например, разработав пусковое устройство (с кнопкой запуска, кнопкой останова и индикаторной лампой), можно использовать его с любым оборудованием (насосами, конвейерами и т.д.), рассчитанными на управление подобного типа. Всё, что требуется менять при использовании джиннов - это сведения, уникальные для каждого конкретного насоса или конвейера (например, название соответствующего переменного тэга) [3].

Citect предлагает два типа сложных объектов [1]:

а)джинны, которые размешаются на графической странице при проектировании системы, причем их количество на странице не ограничено;

б)суперджинны, которые представляют собой динамические страницы, активизируемые в режиме исполнения для ввода/вывода данных.

Таким образом, основное отличие этих механизмов в том, что джинн объединяет несколько объектов и привязан к странице, а суперджинн является отдельной страницей.

Суперджинн эффективно использовать, когда технологические параметры поддерживаются на заданном значении контроллером (регулятором), и оператор должен иметь возможность внести коррективы в процесс (перейти с автоматического режима работы на ручной, изменить задание контроллеру). Однако постоянное нахождение на экране всех этих элементов управления перегружает окно, а пользоваться ими оператору приходится не часто. Вот тут и приходит на помощь суперджинн (всплывающее окно) [1].

Поскольку требования по управлению различными контурами регулирования идентичны, суперджинн можно один раз создать, определив свойства его компонентов, и сохранить в библиотеке. Для использования суперджинна на графической странице нужно лишь указывать его имя в команде, вызывающей этот суперджинн на экран.

Объекты типа джинн и суперджинн позволяют экономить дисковое пространство компьютера, так как в его памяти хранится лишь одна копия

Пакет Citect поставляется с библиотекой джиннов и суперджиннов. Вызов библиотеки производится автоматически при выборе инструмента «Вставка джинна».

Часто суперджинны и джинны используются вместе. Это достигается привязкой джинна к суперджинну, когда одна из функций джинна активизирует суперджинн. В библиотеке джиннов Citect некоторые джинны уже связаны с суперджиннами (джинны с символом руки).


Рисунок 1.5 - Джинн и суперджинн


Рассмотрим механизм работы джинна, связанного с суперджинном (смотри рисунок 1.5). Например, на мнемосхеме технологического процесса имеется несколько центробежных насосов. По каждому насосу оператор должен получать информацию о скорости вращения и иметь возможность управлять работой насоса: включить/выключить насос, выбрать режим ручного или автоматического управления насосом.

Задача очень простая - можно создать джинн, реализующий все эти функции. На мнемосхеме - несколько насосов, и для каждого нужен свой джинн. Citect допускает любое количество джиннов на странице, но она будет перегружена информацией, которая не нужна оператору постоянно.

Предлагается второе решение этой задачи - создать джинн и суперджинн. Постоянно на мнемосхеме процесса присутствуют джинны для управления насосами, один из которых представлен на рисунке 1.5. Но в этом случае они намного компактнее и не перегружают интерфейс. При определении свойств джинна на закладке «Ввод» надо задать команду, которая будет выполняться при ее нажатии. Примером такой команды может быть AssPopUp (sPage. sTagl ..8).

В результате применения суперджиннов выигрывает оператор, который взаимодействует с управляемым процессом через интерфейс, имея всю необходимую информацию и средства управления [1].


2. ИНСТРУМЕНТЫ АНАЛИЗА ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ПРОЦЕССА


2.1 Тренды


На экранах системы управления содержатся элементы позволяющие оценивать текущее состояние производственного процесса, но весьма важным преимуществом SCADA системы является возможность накапливать и выводить в виде графиков информацию о работе системы за длительный промежуток времени. Для этого используется специальный графический инструмент - «Тренд».

Вывод накопленной информации в виде трендов обеспечивает лучшее представление о состоянии производства и характеристиках используемого оборудования, тренды могут использоваться для оперативной оценки текущей ситуации (тренды и SPC-графики), ведения производственного учёта, составления графиков планово-предупредительных ремонтов и т.д.

Тренды позволяют точно указывать, какого типа информацию необходимо получать от устройств ввода/вывода. Регистрировать эту информацию можно как через регулярные интервалы времени (периодические тренды), так и при возникновении определённых событий (событийные тренды). Событийные тренды предназначены для отображения сведений, появляющихся в произвольные моменты времени (например, при сходе изделия со сборочной линии). Как правило, интересуемые данные сохраняются на диске для дальнейшего анализа либо выводятся на экран в виде тренда [1].

Основу трендов составляют оперативная технологическая информация. Система строит графики, регулярно запрашивая от устройств ввода/вывода требуемую единицу данных. Несмотря на то, что промежутки в данных могут быть заполнены, необходимо, чтобы устройства автоматики поддерживали указанную для них периодичность опроса (особенно если длительность интервала опроса составляет менее 100 мс) [1].

Система обеспечивает эффективные сбор и хранение данных любого объёма (единственным ограничением является физический объем дискового пространства). Для долговременного хранения информации её можно в виде архива скопировать на другой диск или магнитную ленту (причём во время работы исполнительной системы). Для повышения эффективности использования устройства хранения файлы трендов рекомендуется держать в сжатом томе [3].

Сбор, хранение и обработку информации для ее представлении в графическом виде осуществляет сервер трендов. При необходимости вывода трендов реального времени и архивных трендов на экран компьютера визуализации клиент запрашивает у сервера необходимые данные. Таким образом, по сети передаются только пакеты «полезных данных» меньшего размера, что существенно уменьшает нагрузку на сеть. Citect позволяет вывести на тренд любую переменную или значение выражения на языке Cicode. На одном экране допускается размещать любое количество трендов, а в каждом окне тренда можно графически отобразить до восьми переменных.

Накопление данных продолжается даже тогда, когда дисплей не активен. Можно перемещаться по страницам проекта, не влияя на процесс построения трендов и систему регистрации данных.

В Citect можно строить периодические тренды - (регистрация данных через определенные интервалы времени с разрешением до нескольких миллисекунд), тренды по событию - (регистрация данных в момент наступления события) и периодические тренды по событию.

Конфигурирование трендов можно производить в «Проводник Citect» или в «Редакторе проектов». В этом случае в «Проводник Citect» должна быть открыта папка «Теги», а в «Редакторе проектов» - меню «Теги». По аналогии с алармами при конфигурировании трендов используется понятие «Теги». Теги - это внутренние переменные системы Citect, которым присваиваются имена с целью идентификации трендовых переменных при выводе их на экран и регистрации в файлы. Щелчок по иконке «Теги трендов» в окне «Содержимое интерфейса» «Проводник Citect» выводит на экран диалог конфигурирования трендов (рисунок 2.1). По нажатию «F2» появляется расширенная конфигурация.


Рисунок 2.1 - Экран конфигурирования тэгов тренда (расширенный)


Поле «Выражение» предназначено для ввода выражения или имени переменной, которая будет отображаться трендом.

Интервал опроса вводится в формате HH:MM:SS Можно ввести одну цифру, например 2, и это будет означать 2 секунды. Ввод десятичной дроби система воспринимает как долю секунды. Например, 0.2 будет означать 200 миллисекунд.

Поле «Тип» предназначено для выбора типа тренда (периодический, по событию, периодический по событию).

В нижней части диалога размещены четыре кнопки: «Добавить», «Заменить», «Удалить», «Справка». Конфигурирование тренда завершается нажатием кнопки «Добавить».

Для конфигурирования следующего тренда надо вновь заполнить поля диалога и снова нажать кнопку «Добавить». При каждом нажатии этой кнопки срабатывает счетчик и в поле «Запись» появляется число, характеризующее общее количество трендов в проекте. Редактирование параметров ранее сконфигурированных трендов завершается нажатием клавиши «Заменить».

Считанная с устройств ввода/вывода информация используется для построения архивных трендов и сохраняется в файлы для дальнейшего анализа [1].

Частоту записи в журнал и количество используемых журнальных файлов можно изменять. Для настройки параметров файлов следует открыть диалог «Теги трендов» и нажать «F2» для отображения дополнительных опций (смотри рисунок 1.6).

В поле «Метод сохранения» указывается один из методов сохранения данных: «Масштабирование» или «С плавающей точкой». Главное различие между этими методами заключается том, что в первом случае на единицу данных отводится два байта, а во втором - восемь байт.

Поле «Формат» используется для выбора формата данных при их записи в файл (данные в файл записываются в заданном формате через запятую) и поля «Время» и «Периодичность» для выбора временного диапазона и периода записи данных в файл. Например, если в поле «Периодичность» выбран [1 00:00], то это будет означать смену файла для записи данных каждый час. Запись 20th April означает смену файла один раз в год 20 апреля.

Для отображения трендов на экране в системе Citect предусмотрены специальные шаблоны страниц:

- одиночный тренд - шаблон для создания страницы с одним окном трендов, в котором имеется до 8 перьев;

- двойной тренд - шаблон для создания страницы с двумя окнами трендов, в каждом из которых имеется до 8 перьев;

- сравнительный тренд - шаблон для создания страницы с двумя трендами, наложенными один на другой о целях их сравнения (до четырех пар графиков);

масштабный тренд - шаблон страницы с функцией масштабирования;

выпадающий тренд - шаблон для вывода тренда в любом месте экрана (в отдельном окне);

- тренд по событию - шаблон страницы с одним окном для тренда по событию во времени на восемь перьев [1].

Эти шаблоны практически исчерпывают все потребности студента при создании трендов проекта. Если все-таки появится необходимость в новом шаблоне, то Citect и в этом случае предоставит свой инструмент. В графическом редакторе на линейке инструментов имеется иконка Новый, щелчок по которой выводит на экран меню, одна из опций которого предназначена для создания нового шаблона.

Панель сравнения графиков предоставляет оператору возможность одновременно выводить два графика, назначив каждому перу свои временные характеристики. Двойной щелчок мышью по полю тренда выводит на экран диалог конфигурирования перьев (8 перьев) тренда. Вводить с клавиатуры имена переменных нет необходимости. Достаточно открыть в поле каждого пера список переменных проекта и выбрать переменную, которая будет отображаться этим пером на тренде.

Все вышеизложенное делает механизм трендов в Citect удобным не только при конфигурировании (разработке), но и в процессе эксплуатации.


2.2 Организация тревожных сообщений. Алармы


Состояние тревоги - в дальнейшем аларм - это некоторое сообщение, предупреждающее оператора о возникновении определенной ситуации, которая может привести к серьезным последствиям, и потому требующее его внимания, а часто и вмешательства. Принял ли оператор сообщение об аларме? Чтобы снять эти сомнения, в системах управления принято различать неподтвержденные и подтвержденные алармы. Аларм считается подтвержденным после того, как оператор отреагировал на сообщение об аларме. До этого аларм считается неподтвержденным.

Наряду с алармами в SCADA системах существует понятие событий. События представляют собой обычные статусные сообщения системы и не требуют реакции оператора. Обычно событие генерируется при возникновении в системе определенных условий (типа регистрации оператора в системе) [1].

От эффективности подсистемы алармов зависит скорость идентификации неисправности, возникшей в системе, или технологического параметра, вышедшего за установленные регламентом границы. Быстродействие и надежность этой подсистемы могут существенно сократить время простоя технологического оборудования. Например, если оператор не получит вовремя информацию о том, что двигатель насоса перегрелся, это может привести в лучшем случае к выходу насоса из строя, а в худшем - к крупной аварии.

Причины, вызывающие состояние аларма, могут быть самыми разными. Неисправность может возникнуть в самой SCADA системе, в контроллерах, каналах связи, в технологическом оборудовании. Может выйти из строя датчик или нарушатся его метрологические характеристики. Параметры технологического процесса могут выйти за границы, установленные регламентом, и т. д. [1].

Подсистема алармов - это обязательный компонент любой SCADA системы. Но возможности подсистем алармов отличаются в разных SCADA системах.

С другой стороны, когда речь идет о типах алармов, то все SCADA системы поддерживают дискретные и аналоговые алармы [1].

Дискретные алармы срабатывают при изменении состояния дискретной переменной. При этом для срабатывания аларма можно использовать любое из двух состояний: TRUE/ON (1) или FALSE/OFF (0). По умолчанию дискретный аларм может срабатывать на ON или OFF. в зависимости от конкретной SCADA системы.

Аналоговые алармы базируются на анализе выхода значений переменной за указанные верхние и нижние пределы. Аналоговые алармы задаются в нескольких комбинациях:

High и High High (верхний и выше верхнего);

Low и Low Low (нижний и ниже нижнего);

Deviation (отклонение от нормы);

ROC - Rate of Change (скорость изменения).

Система Citect поддерживает два типа алармов [3]:

а) аппаратные алармы. Система Citect регулярно запускает различные диагностические процедуры для проверки всего периферийного оборудования (типа устройств ввода вывода). Сведения о неисправностях предоставляются оператору автоматически. Данная функция является полностью интегрированной в Citect и не требует никакой настройки. Аппаратные алармы отображаются на специальной странице (Hardware Alarm Page).

б) конфигурируемые алармы. В отличие от аппаратных, для извещения оператора о возникших нештатных ситуациях (например, при чрезмерном уровне материала в резервуаре или перегреве двигателя) их необходимо конфигурировать.

Для обработки алармов необходимо разработать отдельные графические страницы, на которые будет выводиться вся информация о каждом аларме (а также описание действий, которые должен предпринять оператор для исправления ситуации). Эти страницы можно отображать на экране как автоматически, при возникновении аларма так и но специальному запросу оператора, после выдачи команды вывода сведений об алармах.

Атрибуты алармов можно использовать так же, как и обычные переменные и тэги. В частности, изменение цвета закраски объекта может быть поставлено в зависимость от текущего состояния аларма [1].

2.3 Cicode - встроенный язык программирования


Встроенные языки программирования - мощное средство SCADA систем, предоставляющее разработчику гибкий инструмент для разработки сложных приложений. Первые версии SCADA систем либо не имели подобных языков, либо эти языки реализовывали небогатый набор функций. В современных версиях SCADA систем функциональные возможности языков становятся существенно богаче.

В каждом языке допускается расширение набора функций. В языках, ориентированных на технологов, это расширение достигается с помощью дополнительных инструментальных средств. Разработка дополнительных функций выполняется обычно программистами-профессионалами [1].

Разработка новых функций при втором подходе выполняется обычно разработчиками приложений (как и в традиционных языках программирования).

Полнота использования возможностей встроенных языков (особенно при втором подходе) требует соответствующего уровня квалификации разработчика, если, конечно, в этом есть необходимость. Требования задачи могут быть не столь высокими, чтобы применять всю «мощь» встроенного языка.

В разрабатываемом приложении создаются программные фрагменты, состоящие из операторов и функций языка, которые выполняют некоторую последовательность действий. Эти программные фрагменты связываются с разнообразными событиями в приложении, такими, как нажатие кнопки, открытие окна, выполнение логического условия (а+b>с). Каждое из событий ассоциируется с графическим объектом, окном, таймером, открытием/закрытием приложения. Когда приложение содержит сотни окон,

тысячи различных графических объектов (а с каждым из них связано несколько событий), в приложении может работать огромное количество отдельных программных фрагментов. Велика вероятность их одновременной активизации [1].

Каждая из функций во встроенном языке выполняется в синхронном или асинхронном режиме. В синхронном режиме выполнение следующей функции не начинается до тех пор, пока не завершилось исполнение предыдущей. При запуске асинхронной функции управление переходит следующей, не дожидаясь завершения исполнения предыдущей функции.

В связи с этим возникают несколько вопросов: с каким приоритетом исполняется каждый из фрагментов? допускается ли рекурсия при обработке событий и если да, то каков уровень вложенности? В SCADA системах уровень вложенности пока не стандартизован, но оговаривается особо в рамках каждой из них.- встроенный язык программирования системы Citect, созданный специально для мониторинга и управления приложениями. Это структурированный язык, похожий на Visual Basic или С. Применение Cicode предоставляет пользователю доступ к данным проекта в режиме реального времени, а также ко всем переменным, алармам, трендам, отчетам и т. д. Cicode поддерживает многозадачность и удаленный вызов процедур.

Для управления системой Citect и технологическим процессом используются команды. Каждая команда имеет механизм запуска. Команды могут быть вызваны вручную, когда оператор нажмет некоторую последовательность клавиш или кнопку на графической странице.

Можно произвести конфигурирование команд для автоматического выполнения [1]:

-при регистрации оператора для входа или выхода из среды исполнения;

-при открытии и закрытии графических страниц;

-при срабатывании алармов;

-при срабатывании событий;

-при выдаче отчетов. выражения являются базовыми элементами языка Cicode. В выражениях могут быть константы, значения переменных или результаты сложных вычислений. Выражения можно использовать для вывода на экран или регистрации данных для мониторинга и анализа, для запуска различных состояний системы, таких, .как алармы, события, отчеты.

В отличие от команд, выражения не выполняют конкретных задач, они их оценивают. Этот процесс оценки значения можно использовать для вывода информации на экран или принятия решений. функции могут выполнять более сложные задачи, чем команды и выражения. имеет около 700 встроенных функций, которые могут показывать страницы, подтверждать алармы, делать вычисления и т. д. [1].функция - это набор выражений, переменных, операторов, условий выполнения и других функций. Эти функции эквивалентны подпрограммам BASIC и подпрограммам или функциям, используемым в Pascal или С.

джинн тренд аларм citect

3. РАЗРАБОТКА ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ


3.1 Лабораторная работа №1. Создание проекта в Citect. Установление связей с ПЛК


Цель работы.

.Научиться создавать проект в SCADA Citect на примере дорожного светофора.

.Получить практические навыки в организации обмена между ПЛК и Scada системой.

Задание.

1.Создать управление светофором в Citect. Все сервера и элементы, входящие в проект должны иметь в своем названии ваш номер по журналу группы.

2.Организовать обмен информацией между Scada системой и ПЛК, установленном на стенде.

.Создать необходимые переменные тэги для работы тестовой страницы «Светофор».

.По результатам выполнения лабораторной работы подготовьте отчет содержащий настройки проекта, список переменных тэгов и ответы на контрольные вопросы.

Перед выполнением лабораторной работы загрузите в ПЛК MITSUBISHI программу, написанную на языке РКС.

Последовательность выполнения лабораторной работы.

Ниже приводится пошаговое описание действий по созданию проекта и установлению связей SCADA - ПЛК. Проект состоит из 3 этапов.

ЭТАП 1 Создание проекта.

1.Запустить проводник Citect.

2.В проводнике Citect выбрать меню «Файл - Новый проект». Затем в появившемся окне заполнить название проекта и описание. Название должно быть уникальным, написано латиницей. Использоваться могут любые символы, за исключением точки с запятой (;), или одинарной кавычки ().

В поле «Описание» ввести назначение проекта и свой номер по журналу (смотри рисунок 3.1).

В поле «Путь» указать каталог, в котором будет храниться проект.

В поле «Стиль шаблона» выбрать стиль графических страниц, используемый по умолчанию. При желании его можно будет изменить на вкладке «Свойства страницы».

«Разрешение шаблона»: Разрешающая способность экрана для отображения стандартных графических страниц [3].


Рисунок 3.1 - Создание проекта


3.Создать кластеры, сервер ввода/вывода, сервер трендов и алармов, сервер отчетов.

Начинать с кластера. Кластер определяет, как и где будут работать различные сервера системы (ввода-вывода, алармов, трендов) и как они будут взаимодействовать друг с другом. В каждой системе Citect должен быть хоть один кластер, и сервер ввода-вывода должен быть с ним связан. Для того чтобы создать кластер, открыть «Редактор проектов». Выбрать меню «Сервера - Кластеры». В появившемся окне ввести имя кластера (например MyCluster), его описание, и нажать «Добавить» (смотри рисунок 3.2).

Следующим шагом прописать сетевой адрес системы, в данном случае компьютер работает не в сети. Поэтому прописать IP адрес 127.0.0.1. Если бы создавался проект как сетевое решение, то нужно было бы установить его IP адрес.


Рисунок 3.2 - Создание кластера


Рисунок 3.3 - Создание сетевого адреса


Для записи сетевого адреса выбрать вкладку «Сервера - Сетевые адреса». В появившемся окне внести необходимые параметры: имя сервера - Myaddress, адрес - 127.0.0.1, и комментарий (смотри рисунок 3.3).

После того как создан кластер и сетевой адрес, можно приступать к созданию серверов.

Для этого выбрать вкладку «Сервера - Сервер ввода/вывода». В появившемся окне прописать имя сервера, выбрать из списка кластер и сетевой адрес. Поля «Порт» и «Равноправный порт» оставить не заполненными. После этого нажать кнопку «Добавить».

Затем аналогичным образом создать сервера алармов, трендов и отчетов. Для всех соответствующих серверов нужно выбрать режим «Primary». Заполнение форм представлено на рисунках 3.4-3.7

Рисунок 3.4 - Создание сервера ввода-вывода


Рисунок 3.5 - Создание сервера алармов


Рисунок 3.6 - Создание сервера трендов


Рисунок 3.7 - Создание сервера отчетов.

ЭТАП 2 Создание связи с контроллером


Рисунок 3.8 - Запуск Мастера настройки параметров связи


Для создания связи с контроллером выбрать вкладку в «Проводнике Citect» «Устройство связи - Экспресс настройка устройства ввода-вывода». Далее будет запущен «Мастер экспресс установки связи», который может сконфигурировать систему. В первом окне выбрать «Далее» (смотри рисунок 3.8).

В следующем окне можно выбрать либо создать новый сервер ввода-вывода. Выбрать «Использовать существующий сервер ввода-вывода», и нажать «Далее» (смотри рисунок 3.9).


Рисунок 3.9 - Выбор сервера ввода-вывода


На следующем экране можно выбрать либо создать новое устройство ввода-вывода. Создать устройство IODev1, и нажать «Далее»(смотри рисунок 3.10).


Рисунок 3.10 - Создание нового устройства ввода-вывода


Далее выбрать тип устройства ввода-вывода. Это может быть либо «Внешнее устройство ввода-вывода» (ПЛК, ПЧ, расходомер и т.д.), либо виртуальное устройство в памяти компьютера, которое используется для имитации реальных устройств (смотри рисунок 3.11).


Рисунок 3.11 - Тип устройства ввода-вывода


Затем выбрать производителя устройства модель и способ подключения. Производитель - Mitsubishi, модель - Melsec-FX3U, тип подключения - Serial(Point to Point) (COM порт) (смотри рисунок 3.12).


Рисунок 3.12 - Выбор драйвера для подключения к ПЛК.


При использовании GX-Simulator в качестве адреса устанавливаем Logical Station Number.

Далее система попросит указать адрес устройства, в данном случае ничего не менять, нажать «Далее» (смотри рисунок 3.13).


Рисунок 3.13 - Адрес устройства

Далее следует настройка подключения устройства через модем. Т.к. в проекте модем не используется, нажмите «Далее» (смотри рисунок 3.14).


Рисунок 3.14 - Настройка подключения модема


Далее система предложит выбрать COM порт, к которому подключается ПЛК. В данном случае это - COM 8. В реальности номер COM порта может быть другим (смотри рисунок 3.15). Контроллер может подключаться с помощью кабеля программирования SC-09 (с преобразователем RS232-RS422), через порт программирования к COM порту компьютера. Либо с помощью простого COM кабеля через модуль расширения RS232 BD, к COM порту компьютера.


Рисунок 3.15 - Выбор COM порта для подключения ПЛК


Затем выбрать способ подключения к внешней базе данных тэгов, поэтому нажмите «Далее» (смотри рисунки 3.16 - 3.17)


Рисунок 3.16 - Связь тэгов с внешней базой данных


Рисунок 3.17 - Подтверждение выполнения настройки устройства связи


На завершающем этапе проверить выполненные настройки, и нажать «Готово».

На рисунке 3.18 показаны результаты работы мастера настройки устройств ввода-вывода. Он создал модуль, порт и устройство ввода-вывода [4].


Рисунок 3.18 - Схема настройки параметров устройства ввода-вывода.


ЭТАП 3. Создание переменных тэгов.

Для того, чтобы проверить работоспособность установленной связи, создайте несколько тэгов и проверьте работу анимации на тестовой странице. Тэги и их параметры приведены в таблице 3.1.


Таблица 3.1 Тэги для лабораторной работы №1

НазваниеАдресТип данныхУстройство ввода-выводаДополнительные параметрыRED_COLOURM2DigitalIODev1-YELLOW_COLOURM3DigitalIODev1-GREEN_COLOURM4DigitalIODev1-TimerD0IntIODev1Формат ##Time_stopD1IntIODev1Формат ##

Для того, чтобы создать тэги в «Редакторе проектов», выберите меню «Тэги - Переменные тэги», заполните поля параметров тэга в появившейся форме, затем нажмите кнопку «Добавить». Этим добавляется запись в базу данных тэгов проекта. Будьте внимательны при вводе параметров. Опечатка в имени тэга приведет к сбою в работе проекта. Если тэг уже создан, а вы редактируете его свойства, то по окончанию редактирования нажмите кнопку «Заменить». На рисунке 3.19 приведен пример заполнения формы свойств тэга.

После ввода всех тэгов создайте графическую страницу с произвольно выбранным оформлением - «Графика - Страницы - Создать новую страницу», сохраните страницу как Page1. Затем создайте изображение дорожного светофора (рисунок 3.20) и для отображения цветов в правильном порядке связать круги светофора, отображающие тот или иной свет, с соответствующими тэгами.


Рисунок 3.19 - Пример заполнения формы свойств тэга.


Рисунок 3.20 - Экран тестового проекта.


Для рисования светофора, используют не сложные инструменты, подобные обычно применяют в стандартных графических пакетах. Нарисуйте основной прямоугольник. Для этого нужно выбрать инструмент «Прямоугольник», кликнуть в произвольном месте страницы и, не отпуская клавиши, растянуть объект до необходимых размеров. После таких действий появится меню «Свойства: Прямоугольник», где можно во вкладке «Вид» изменить ширину контурной линии, в поле «Заполнение» поставить галочку заполненный и выбрать цвет заполнения (смотри рисунок 3.21).

Рисунок 3.21 - Свойства объекта «Прямоугольник».


Выберите инструмент «Эллипс» и создайте окружность такого радиуса, чтобы она легко вписалась в ранее созданный прямоугольник. Построение аналогично тому, как строили прямоугольник. В свойствах объекта «Эллипс» необходимо во вкладке «Заполнение» выбрать управляющий тэг соответствующий красному цвету (смотри рисунок 3.22).


Рисунок 3.22 - Свойства объекта «Эллипс».


Так как окружностей нужно три, необходимо создать еще две. Можно снова выбрать пиктограмму «Эллипс» и проделать вышеописанные действия, либо кликнуть по созданному объекту правой клавишей мыши - копировать, снова кликнуть на странице правой клавишей мыши - вставить. Но только не забудьте войти в свойства объектов (рисунок 3.22), заменить во вкладке «Заполнение» тэг RED_COLOR на YELLOW_COLOUR и GREEN_COLOUR соответственно и изменить «ON цвет» на соответствующий.

Чтобы отображался таймер до включения зеленого цвета, создайте объект «Число» ниже корпуса светофора и свяжите его с тэгом (смотри рисунок 3.23).Создайте объект для задания времени цикла: пиктограмма «Число» вставьте в удобном месте. Свойства «Вид» аналогичны свойствам таймера, вкладка ввод заполняется в соответствии с рисунком 3.24.


Рисунок 3.23 - Заполнение свойств таймера.


Рисунок 3.24 - Заполнение свойств объекта задания цикла.


После ввода всех тэгов и создания экранной формы выберите в «Редакторе проектов», в меню «Файл - Компилировать» (ALT+F10). Если при компиляции произошли ошибки, исправьте их. Затем скомпилируйте проект еще раз и, если компилирование прошло успешно, нажмите «Файл - Выполнить» (F5). После этого Citect запустит ваш проект на исполнение (смотри рисунок 3.25).


Рисунок 3.25 - Запуск проекта на исполнение.


После запуска появится окно приветствие Citec, система предупредит, что работает в Демо-режиме, это20 минут. Затем проект достаточно просто перезапустить. Далее выберите меню «Обновить список страниц, и затем вашу страницу - Page1.

Программа работает следующим образом. В поле время цикла вы вводите время цикла работы светофора в секундах. Щелкните по полю ввода, появится экранная клавиатура для ввода значения.

После этого, если вы включите x1 на панели стенда, то светофор заработает в цикле красный-желтый-зеленый, на табло внизу будет отображаться время до включения зеленого цвета. Включение x2 остановит цикл и включит постоянно красный цвет. Аналогично, x3 включит желтый, x4 - зеленый цвет. При использовании GX-Simulator переключение входов осуществляется манипуляциями в симуляторе.

Если все работает согласно описанию, то лабораторная работа завершена. Для реализации возможности восстановления своего проекта на другом ПК, используйте функцию резервного копирования проекта и его восстановления. Для создания резервной копии перейдите в окно «Проводник Citect»,на панели инструментов кликните иконку «Резервная копия» (рисунок 3.26). В меню выберите директорию для сохранения.


Рисунок 3.26 - Создание резервной копии проекта.


Для восстановления своего проекта на другом ПК, используйте «Восстановить» в том же окне «Проводник Citect» (рисунок 3.27). В меню указать директорию, где находится резервная копия проекта.


Рисунок 3.27 - Восстановление резервной копии.


Контрольные вопросы.

1.Перечислите этапы создания нового проекта в системе Citect.

2.Составьте алгоритм установления связи с устройством ввода-вывода.

3.Что такое сервер ввода-вывода (алармов, трендов)?

4.Что такое тэг? Как создается тэг?

5.Предложите свой вариант проекта для проверки связи с ПЛК.

6.Составьте алгоритм создания резервной копии проекта и его восстановления.

7.Каков порядок создания светофора в графическом редакторе?

8.Как осуществить проверку проекта на наличие ошибок и его запуск?


3.2 Лабораторная работа №2. Изучение графических инструментов Citect


Цель работы.

1.Ознакомится с графическими инструментами Citect.

2.Изучить свойства простых геометрических фигур (заполнение, масштабирование, перемещение, анимация).

3.Изучить использование прикладных графических библиотек Citect.

4.Научиться создавать и использовать взаимосвязанные графические объекты: Джинны и Суперджинны.

Графический редактор является инструментальным средством, предназначенным для визуализации контролируемых технологических параметров и создания удобного интерфейса для оперативного диспетчерского управления на верхнем уровне АСУ ТП. Основными достоинствами визуализации технологических процессов являются: наглядность изображения, высокая информативность, низкая утомляемость. Объектами отображения называются единицы технологического оборудования и автоматики, которые имеют отдельное изображение на экранной форме. Для всех объектов зарезервированными состояниями считаются:

авария - красный цвет;

ремонт, блокировка - синий цвет;

недостоверность, неопределенность - тёмно-серый.

Для аналоговых измерений зарезервированными состояниями считаются:

выход за предельное значение - жёлтый цвет;

выход за аварийное значение - красный цвет;

ремонт, блокировка - синий цвет;

недостоверность, неопределенность - тёмно-серый.

Последовательность выполнения лабораторной работы.

. Создать новую графическую страницу в проекте, для изучения инструментов Citect. Примерный эскиз страницы приведен на рисунке 3.28.


Рисунок 3.28 - Эскиз страницы для лабораторной работы №2


На рисунке видно, что лабораторная работа №2 включает в себя 3 части: «Простые графические элементы и их свойства» - здесь приведены примеры использования функций заполнения, масштабирования и анимации, «Перемещение» - эта часть научит, как заставить объект перемещаться по заданной траектории, «Библиотечные элементы и их свойства» - поможет изучить библиотеку графических элементов.

Для этого запустите «Проводник Citect». Выберите, созданный в лабораторной работе №1, проект и во вкладке «Графика - Страницы» нажмите «Создать новую страницу». Свойства создаваемой страницы (разрешение и шаблон) выберите самостоятельно.

Сохраняйте редактируемые страницы не реже одного раза в 10 минут или после выполнения каждого пункта.

. Укажите на экране название лабораторной работы и ФИО исполнителей.

Для этого выберите инструмент «Текст» («Объекты - Текст», либо пиктограмма «А» на панели инструментов). Затем щелкните в нужном месте экрана и наберите текст. Форматирование текста (шрифт, цвета, эффекты) выбираются самостоятельно (смотри рисунок 3.29).


Рисунок 3.29 - Свойства объекта «Текст»


. Для управления графическими элементами добавьте в проект тэги, приведенные в таблице 3.2 (к имени тэга в таблице необходимо добавить свой номер по журналу, через подчеркивание «_»).

Внимание! Расчет функций Function_sin, Function_cos и Function_line в контроллере ведется при включенном тумблере x0, включение тумблера x1 - обнуляет значение аргумента этих функций [4].

Дополнительные параметры, указанные в таблице 3.2 это минимальное и максимальное значение в единицах измерения, и в дискретах (используется масштаб 1:1). Пример заполнения формы тэга для Function_cos приведен на рисунке 3.30.


Таблица 3.2 Тэги для лабораторной работы №2

НазваниеАдресТип данныхУстройство ввода-выводаМасштабFunction_sinD10RealIODev1-1/1Function_cosD12RealIODev1-1/1Function_lineD100IntIODev1-100/100Pump1_onM10DigitalIODev1-Pump2_onM15DigitalIODev1-Valve1_openM11DigitalIODev1-Valve2_openM12DigitalIODev1-LevelD20IntIODev10/100Level_taskD21IntIODev10/100 Auto_modeM9DigitalIODev1-Valve3_openM16DigitalIODev1-

Рисунок 3.30 - Параметры тэга Function_cos


. Изучите возможные свойства для графического элемента (заполнение по цвету/уровню, масштабирование). Для этого начертите произвольный прямоугольник (либо иную фигуру), выбрав соответствующий инструмент.

Создайте несколько копий объекта. И настройте свойства каждого из них для отображения того, либо иного эффекта. В качестве управляющих тэгов используйте Function_sin и Function_cos. Примеры настройки заполнения и масштаба представлены на рисунках 3.31 и 3.32. Для масштаба, пример приводится для горизонтального направления, для вертикального он аналогичен.


Рисунок 3.31 - Свойство «Заполнение».


Рисунок 3.32 - Свойство «Масштаб»


. Создайте анимированный объект.

Для этого выберите команду «Набор образов» из меню «Объекты» либо щелкните по пиктограмме «Набор образов». После этого появится окно диалога вставки образа библиотеки. Выберите библиотеку «Agitator», элемент «agit_1_pos1», снимите выбор свойства «Связанный» (тем самым вы разорвете связь объекта с библиотекой и изменения, вносимые вами в объект, не будут отражаться на библиотечном оригинале), и нажмите «Ок» (смотри рисунок 3.33).

Рисунок 3.33 - Вставка элемента для анимации


Следующий шаг в анимации это назначение тэга, управляющего анимацией, и раскадровка движений элемента.

Для этого нужно двойным щелчком по объекту зайти в меню «Свойства». Выбрать вкладку «Вид» (смотри рисунок 3.34 поз. 1). Затем выбрать тип отображения элемента - «Анимированный» (смотри рисунок 3.34 поз. 2). Далее нужно выбрать условие, при котором объект будет анимироваться. Щелчком по знаку «Вставить тэг», добавляем тэг Function_line, и условие анимировать при значении тэга больше 10 (можно использовать любой другой тэг и условие) (смотри рисунок 3.34 поз. 3).

Далее добавляете кадры анимации, для этого выбираете кадр (смотри рисунок 3.34 поз.4) и нажимаете кнопку «Установить» (смотри рисунок 3.34 поз. 5). В появившемся окне (смотри рисунок 3.33), выбираете нужный кадр. Когда установка кадров закончена, нажмите кнопку «Ок».


Рисунок 3.34 - Анимация объекта

6. Создание перемещающегося объекта.

В качестве объекта для примера выбран круг, в лабораторной работе может быть использован любой другой объект. Траектория движения объекта - окружность радиусом 100 пикселей.

Для того, чтобы создать объект, нужно выбрать «Объекты-Эллипс», либо щелкнуть по пиктограмме «Эллипса» на панели инструментов (смотри рисунок 3.34). Далее необходимо в свойствах объекта выбрать вкладку «Движение» и в ней выбрать направление движение (по горизонтали или вертикали). Затем ввести необходимый закон движения по данной координате. В примере использовано движение по окружности, поэтому для движения по горизонтали выбрано Function_cos, а по вертикали Function_sin. Затем указывается диапазон изменения управляющего тэга (в примере от -1 до 1), и смещение от исходного значения при минимальном и максимальном значении управляющего тэга (в примере 100 пикселей). Пример ввода свойств подвижного объекта представлен на рисунке 3.35.


Рисунок 3.35 - Создание перемещающегося объекта


Рисунок 3.36 - Отображение координат


Траектория перемещения объекта на рисунке продублирована окружностью, текущие координаты выводятся с помощью объекта «Число» (смотри рисунок 3.28).

. Создайте модель технологического процесса, эскиз оборудования представлен на рисунке 3.37.

Алгоритм работы установки следующий: имеется емкость1, в которой система управления должна поддерживать заданный уровень жидкости, с помощью двух насосов 5 и 6 с задвижками 4 и 7. Насос 5 - основной, насос 6 - резервный, на случай выхода основного из строя. В емкости иметься датчик уровня (уровень отображается на схеме, как числовое значение и границей на индикаторе 2), а также клапан 8 на кране слива жидкости. Уровень в емкости задается со SCADA системы с помощью указателя 3. Условно уровень в баке задается в процентах 0 - 100 %. Система может работать в ручном и автоматическом режиме.


Рисунок 3.37 - Модель технологического процесса


Цель работы создать графическую модель системы с использованием библиотечных элементов, джиннов и суперджиннов. Особенности управления процессом будут рассматриваться в подразделе 3.3.

Для обеспечения полноценной работы человека-оператора необходимо отобразить текущее состояние системы и предоставить необходимые элементы управления устройствами системы. Необходимо отображать следующие параметры: режим работы системы (автомат/ручной), состояние насосов (вкл/выкл), задвижек (открыто/закрыто), уровень в баке, текущий и заданный.

Для управления системой необходимы элементы для: переключения режимов работы автомат/ручной возможности задавать уровень, включать/выключать насосы, открывать/закрывать задвижки.

Рассмотрим модель системы исходя из графических составляющих необходимых для ее отображения (смотри рисунок 3.38).


Рисунок 3.38 - Графические составляющие экрана оператора


В проекте будут использоваться следующие объекты: 1 - текст, 2 - группа (текст и прямоугольник), 3 - трубопровод, 4 - библиотечные элементы (tank_cylindrical, valve_hand), 5 - прямоугольник с заполнением по уровню, 6 - графический образ (регулятор), 7- контролирующий джинн с суперджинном 8.

Для отображения текущего уровня для элемента «Текст» выберем тип «Числовое», и тэг - «Leve»l. Но предварительно нужно вставить элемент «tank_cylindrical».

Для отображения режима работы системы будем использовать группу, состоящую из текста и прямоугольника (позиция 2 на рисунке 3.38). В качестве управляющего тэга используем «Auto_mode».

Свойства элементов группы представлены на рисунках 3.39 и 3.40.

Рисунок 3.39 - Свойства объекта «Текст»


Затем выделяем оба элемента («Текст» и «Прямоугольник») и выбираем в меню «Порядок - Выровнять», по вертикали и горизонтали выравнивание по центру (смотри рисунок 3.41)


Рисунок 3.40 - Свойства объекта «Прямоугольник»


Рисунок 3.41 - Выравнивание элементов группы


Затем нужно объединить элементы в группу, для этого выделите их, щелкните правой кнопкой мыши и выберите из меню «Группа».

Следующий элемент это трубопровод, он должен менять свой цвет, когда через него течет жидкость, поэтому необходимо выделить 5 участков с разными логическими условиями изменения цвета трубопровода (смотри рисунок 3.42). Первый и второй участки - располагаются между насосами и задвижками, они должны менять цвет при включении насосов; третий и четвертый участки должны менять цвет при включении соответствующих насосов и открытии задвижек; пятый участок меняет цвет, если включен любой из насосов и его задвижка открыта; шестой участок меняет цвет при открытии задвижки 8 (смотри рисунок 3.37).


Рисунок 3.42 - Разбиение трубопровода на участки


Свойства участков трубопровода идентичны (смотри рисунок 3.43), отличия состоит в логических условиях изменениях цвета, представленных в таблице 3.3.


Рисунок 3.43 - Свойства заполнения объекта «Труба»


Таблица 3.3 Логические условия переключения состояния участков трубопровода

Номер участкаУсловие1Pump1_on2Pump2_on3Valve1_open and Pump1_on4Valve2_open and Pump2_on5(Valve1_open and Pump1_on) or (Valve2_open and Pump2_on)6Valve3_open

Четвертый элемент (смотри рисунок 3.38) - задвижки на выходе насосов и клапан резервуара. Это библиотечный элемент, для того чтобы его вставить выберите команду «Набор образов» из меню «Объекты» либо щелкните по пиктограмме «Набор образов». После этого появится окно диалога вставки образа библиотеки. Выберите библиотеку «Valve_hand», элемент «Up_large_Red» (для задвижки на выходе резервуара «Up_small_red»), снимите выбор свойства «Связанный» и нажмите «Ок» (смотри рисунок 3.44).


Рисунок 3.44 - Добавление объекта «Задвижка»


Принципиальное отличие этих элементов заключается в том, что они будут не только отображать состояние задвижек, но и переключать их состояние в ручном режиме при щелчке по ним. Для этого используется свойство элемента «Ввод»

Общая настройка элементов задвижек представлена на рисунках 3.45 (вкладка «Вид») и 3.46 (вкладка «Ввод»).


Рисунок 3.45 - Свойство «Вид» задвижки

Рисунок 3.46 - Свойство «Ввод» задвижки


Настройка задвижек идентична, логические управляющие команды приведены в таблице 3.4. В качестве команд управления используются логические выражения вида IF-THEN-ELSE.


Таблица 3.4 Логические условия настройки задвижек

Номер задвижкиНастройка «Вид»Настройка «Ввод»1Valve1_openif Valve1_open=1and Auto_mode=0 then Valve1_open=0 else Valve1_open=1 ; end2Valve2_openif Valve2_open=1and Auto_mode=0 then Valve2_open=0 else Valve2_open=1 ; end3Valve3_openif Valve3_open=1 then Valve3_open=0 else Valve3_open=1 ; end

Возможен другой вариант управления исполнительными механизмами. Для этого в программе ПЛК параллельно входам, которыми необходимо управлять от SCADA, устанавливают маркеры. Для каждого маркера создается тэг в SCADA, и на странице графики вставляются переключающие элементы (кнопка, выключатель и т.п.). Манипулируя этими элементами можно управлять соответствующими исполнительными механизмами.

Пятый элемент (рисунок 3.38) - отражает уровень воды в резервуаре. Его создание аналогично пункту 4 лабораторной работы. Управляющий тэг - «Level» (смотри рисунок 3.47). Обратите внимание, что для корректного задания уровня высота прямоугольника должна быть 100 пикселей.


Рисунок 3.47 - Свойства индикатора уровня резервуара


Шестой элемент (рисунок 3.38) - устройство задания уровня. Это библиотечный элемент. Для того, чтобы его вставить необходимо щелкнуть по пиктограмме «Вставить образ», и выбрать из библиотеки «thumbs», элемент «pointer2_e_red».

Для того, чтобы данный элемент стал задающим, необходимо активировать свойство «Регулятор», выбрать вертикальное направление. И назначить тэг «Level_task».


Рисунок 3.48 - Создание указателя уровня


Рисунок 3.49 - Свойства элемента задания уровня.


Седьмой элемент (рисунок 3.38) - это контролирующий джинн для суперджинна 8.

Джинн и суперджинн используются в данном проекте для улучшения эргономики системы. Вместо того, чтобы размещать рядом с каждым насосом свое управляющее меню и задавать свойства каждого насоса, применяется джинн, в котором в общем виде прописаны свойства отображения и ввода команд, а также вызов суперджинна. Суперджинн - это всплывающее окно, в котором также в общем виде прописаны свойства элементов. Удобство джинна и суперджинна заключается в том, что создав их однажды, можно применять их в проекте неограниченное количество раз, лишь прописывая передаваемые параметры, без дополнительной конфигурации [4].

Для того, чтобы создать джинн, нужно в графическом редакторе выбрать из меню «Файл - Новый - Джинн», откроется новое окно в котором можно построить джинн с помощью стандартных графических инструментов.

Рассмотрим, из каких элементов состоит джинн (смотри рисунок 3.50).


Рисунок 3.50 - Составляющие джинна


- насос, библиотечный элемент набор образов, 2 - текст, должен отображать заданный уровень. 3 - символ, указывающий на управляющий элемент.


Процесс создания насоса 1 аналогичен созданию задвижек. Библиотека «pump_base_medium», элементы «right_red» и «right_green».

Замещаемые строки используются в определениях «джиннов» для задания тех свойств объектов, которые будут уникальны для каждого объекта. Замещаемые строки можно использовать в любых текстовых свойствах любого объекта (группы объектов). Чтобы определить какой-нибудь параметр как замещаемую строку, его необходимо заключить в символы процента (%) (смотри рисунок 3.51).


Рисунок 3.51 - Свойство «Вид» объекта насос


Джинн не только отображает состояние насоса, но и управляет вызовом суперджинна. Поэтому в его свойствах во вкладке «Ввод», прописывается команда Cicode: AssPopUp("S_control_pump", "%Status_Tag%", "%Mode_tag%"). Данная команда вызывает суперджинн с именем «S_control_pump» (это имя суперджинна, который будет создаваться в следующем пункте), и передает ему тэги %Status_Tag%, %Mode_tag% (смотри рисунок 3.52).

Следующим создается текст, отображающий заданный уровень. Процесс создания аналогичен описанному ранее, в качестве управляющего тэга используется %Level_control% (смотри рисунок 3.53).


Рисунок 3.52 - Свойство «Ввод» объекта насос

Рисунок 3.53 - Свойство «Вид» элемента текст


Следующим создайте элемент 3 (рисунок 3.50). Это обычный образ из библиотеки «icons, элемент hand2».

Все элементы джинна созданы, и его можно сохранять. Однако, после того как будет создан суперджинн, джинн нужно с ним связать и сохранить еще раз.

Диалог сохранения джинна представлен на рисунке 3.54.


Рисунок 3.54 - Диалог сохранения джинна


При сохранении джина нужно указать его имя, и создать (либо выбрать, если она уже существует) библиотеку, в которой он будет сохранен. Для того, чтобы создать библиотеку, нужно поставить курсор в поле библиотека, щелкнуть по кнопке «Новый» и ввести имя библиотеки.

Следующий шаг - это создание суперджинна (смотри рисунок 3.55).

Рисунок 3.55 - Суперджинн


Супеджинн - это всплывающее окно. Оно создается аналогично джинну «Файл - Новый - Суперджинн». Размер этого окна можно поменять в меню «Файл-Свойства».

Требования к определению замещаемых строк в «суперджиннах» более строгие и сложные, чем соответствующие требования для «джиннов». Самое главное - замещаемые строки в «суперджиннах» должны использоваться только в тех свойствах объектов, в которых допускается указание названий тэгов, команд и выражений. (Замещаемые строки «суперджиннов» можно использовать в регистрационных сообщениях сенсорных и клавиатурных команд, экранных подсказках, страничных клавиатурных командах, а также в полях комментария объектов типа «тренд» и полях заполнения цветовыми оттенками). Чтобы определить название какого-либо тэга как замещаемую строку, необходимо записать его между вопросительными знаками (?) следующим образом: ?<Тип данных>Номер замещаемой строки>?

Тип данных - необязательный элемент из числа поддерживаемых системой Citect типов данных (BYTE, BCD, DIGITAL, INT, UINT, LONG, LONGBCD, REAL либо STRING).

Номер замещаемой строки - номер переменного тэга (от 1 до 256), значение которого будет подставлено в запись при отображении «суперджинна» на экране (с помощью функций «суперджинна»). При использовании в «суперджинне» нескольких замещаемых строк номера должны указываться в последовательном порядке (это упрощает обращение к функциям).

В данном случае суперджинн состоит из кнопок и индикаторов (объект прямоугольник), пример заполнения их свойств представлены на рисунке 3.56 и 3.57. Свойства элементов суперджинна представлены в таблице 3.5.


Таблица 3.5 Свойства элементов суперджинна

Номер элементаИндикаторКнопка1. Старт?Digital 1?=1?Digital 1?=12. Стоп?Digital 1?=0?Digital 1?=0 3. Автомат?Digital 2?=1?Digital 2?=1 4. Ручной?Digital 2?=0?Digital 2?=0 5. Выход-WinFree()

Рисунок 3.56 - Свойства кнопки


Рисунок 3.57 - Свойства индикатора


Таким образом, замещающей строке ?Digital 1? соотвествует %Status_Tag%, и ?Digital 2? - %Mode_tag%, передаваемые при вызове из джинна. После создания всех элементов суперджинна его можно сохранить. Процесс сохранения аналогичен сохранению джинна. Однако, имя суперджинна должно начинаться с буквы «S» (если необходимо, чтобы страница была скрытой, то символ «!»).


Рисунок 3.58 - Открытие созданного джинна


Рисунок 3.59 - Присоединение суперджинна к джинну


Теперь, когда создан суперджинн, нужно связать его с джинном. Для этого нужно открыть созданный джинн: «Проводник Citect - Каталог с лабораторной работой - Графика - Джинны» (смотри рисунок 3.58). А затем в меню «Правка - Присоединить суперджинны - Добавить», связываются джинн и суперджинн (смотри рисунок 3.59).

Далее необходимо сохранить джинн снова. И его можно использовать в проекте.

Для того, чтобы вставить джинн, нужно щелкнуть по пиктограмме «Джинн». Появится окно выбора джинна (смотри рисунок 3.60). Из списка выбираем созданную библиотеку 1, затем созданный нами джинн 2, и проверяем, что с ним связан суперджинн 3.


Рисунок 3.60 - Добавление джинна в проект


Затем появится окно свойств джинна, с запросом тэгов (смотри рисунок 3.61). Заполнить его для каждого из насосов, с учетом управляющих тэгов (смотри таблицу 3.6).


Таблица 3.6 Настройка джиннов

Номер насосаStatus_TagMode_tagLevel_control1Pump1_onAuto_modeLevel_task2Pump2_onAuto_modeLevel_task

Рисунок 3.61 - Диалог «Свойства джинна»


На этом создание графической части лабораторной работы завершено. Сохраните страницу командой: «Файл - Сохранить все».

Далее подключите контроллер лабораторного стенда к компьютеру и подайте питание на контроллер.

Затем выберите в «Редакторе проектов», в меню «Файл - Компилировать» (ALT+F10). Если при компиляции произошли ошибки, исправьте их. Затем скомпилируйте проект еще раз и, если компилирование прошло успешно, нажмите «Файл - Выполнить» (F5). После этого Citect запустит проект на исполнение.

После запуска появится окно приветствие Citec. Система предупредит, что работает в Демо-режиме (20 минут, затем проект достаточно просто перезапустить). Затем выберите меню «Обновить список страниц», и Вашу страницу.

Убедитесь, что созданные, графические элементы работают согласно заданию (при включении тумблера x0).

Проверьте работу джиннов, и других элементов управления модели технологического процесса.

Если все работает правильно, создайте резервную копию проекта. В окне «Проводник Citect», меню «Инструменты - Создание резервной копии». В меню выберите директорию для сохранения.


Контрольные вопросы.

1.Перечислите графические инструменты Citect. Дайте им краткую характеристику.

2.Опишите основные свойства объектов (Вид, движение, масштабирование, заполнение, движение). Как и для чего их можно использовать?

3.Что такое джинны? Как они создаются и используются?

4.Что такое суперджинны ? Как они создаются и используются?

5.Для чего используются замещаемые строки в определениях джиннов?

6.Как осуществляется привязка суперджинна к джинну?

7.В чем достоинства экранных форм?

8.Предложите свой вариант задания для изучения графических средств Citect.

3.3 Лабораторная работа №3. Тренды и алармы в Citect


Цель работы.

1.Изучить особенности реализации системы тревожных сообщений (алармов) в Citect.

2.Изучить особенности реализации и использования инструментов для мониторинга изменения технологических параметров и схем (трендов).

3.Создать алармы и тренды для заданного технологического процесса.


Подсистема аварий (алармы) - это подсистема обнаружения, идентификации, фильтрации и сортировки аварийных и других событий, связанных с контролируемым технологическим процессом и состоянием технических средств АСУ ТП. Является набором программных компонентов, предназначенных для обнаружения аварийных событий, оповещения оперативного персонала, приема подтверждений восприятия информации об аварийных событиях и регистрации информации об авариях в базе данных.

Все SCADA системы поддерживают такие типы алармов, как дискретные и аналоговые. Дискретные алармы срабатывают при изменении состояния дискретной переменной. При этом для срабатывания аларма можно использовать любое из двух состояний: TRUE / ON (1) или FALSE / OFF (0). Аналоговые алармы базируются на анализе выхода значений переменной за указанные верхние и нижние пределы [4].

Тренды являются графическим представлением значений технологических параметров во времени, что способствует лучшему пониманию динамики технологического процесса предприятия. Тренды реального времени отображают динамические изменения параметра в текущем времени. Тренды становятся историческими после того, как данные будут записаны на диск [4].

Задания.

. Создать графическую страницу для управления технологическим процессом, используя шаблон сделанный в лабораторной работе №2 (смотри рисунок 3.62).


Рисунок 3.62 - Пример графической страницы для лабораторной работы №3


Свойства страницы: Стиль xp_style, разрешение XGA, название: normal, не связанный.

. Скопируйте со страницы лабораторная работа № 2, созданную модель технологического процесса.

. Добавьте в проект тэги из таблицы 3.7 (в проекте должны присутствовать все тэги из предыдущих лабораторных работ).


Таблица 3.7 Переменные тэги для лабораторной работы №3

НазваниеАдресТип данныхУстройство ввода-выводаДополнительные параметрыAlarm_overheat_pump1m20DigitalIODev1-Alarm_overheat_pump2m23DigitalIODev1-Alarm_overcurrent_pump1m21DigitalIODev1-Alarm_overcurrent_pump2m24DigitalIODev1-Alarm_Suhoi_hod_pump1m22DigitalIODev1-Alarm_Suhoi_hod_pump2m25DigitalIODev1-Pump1_gotovm26DigitalIODev1-Pump2_gotovm27DigitalIODev1-

. Создайте систему алармов в проекте. Для этого необходимо определить категории алармов (т.е. набор свойств для группы алармов). В качестве примера создадим две категории алармов: 1 - для дискретных алармов, 2 - для аналоговых.

Создание категории алармов. В редакторе проектов Citect выберите меню «Алармы - Категории алармов».

В появившуюся форму введите параметры для каждой из категорий алармов. Примеры заполнения - рисунки 3.63 и 3.64. В отчете к лабораторной работе запишите формат и параметры команд, заданных в примере для действий при возникновении алармов, а также формат и сводный формат алармов (при необходимости воспользуйтесь помощью Citect - «F1»).


Рисунок 3.63 - Параметры категории 1 алармов


Рисунок 3.64 - Параметры категории 2 алармов


. После того, как категории алармов созданы, добавьте в систему дискретные и аналоговые алармы.

Параметры дискретных алармов представлены в таблице 3.8. Пример заполнения формы параметров на рисунке 3.65. Параметры, не отраженные в таблице, одинаковы для всех дискретных алармов, и равны указанным на рисунке 3.65. Для аналоговых алармов образец заполнения формы параметров представлен на рисунке 3.66 .

Для вызова формы свойств алармов выберите команду «Алармы -Дискретные алармы», либо «Аналоговые алармы».


Рисунок 3.65 - Форма параметров дискретных алармов


Таблица 3.8 Параметры дискретных алармов

Тэг алармаНазвание алармаОписание алармаПеременный тэг А=ВAlarm_overheat_pump1 _tagПерегрев насоса 1Плохой отвод тепла от насоса 1Alarm_overheat_pump1Alarm_overheat_pump2 _tagПерегрев насоса 2Плохой отвод тепла от насоса 2Alarm_overheat_pump2Alarm_overcurrent_pump1_tagПерегрузка по токуПерегрузка по току насос 1Alarm_overcurrent _pump1Alarm_overcurrent_pump2_tagПерегрузка по токуПерегрузка по току насос 2Alarm_overcurrent _pump2Alarm_Suhoi_hod_pump1 _tagСухой ходСухой ход насоса 1Alarm_Suhoi_hod _pump1Alarm_Suhoi_hod_pump2 _tagСухой ходСухой ход насоса 2Alarm_Suhoi_hod _pump2

После заполнения каждой записи аларма, нажмите «Добавить», при редактировании записи нажмите «Заменить».

На рисунке 3.66 представлена форма параметров аналогового аларма.


Рисунок 3.66 - Параметры аналогового аларма


После окончания заполнения формы нажмите «Добавить». Обратите внимание, что аларм по отклонению построен на сравнении текущего уровня (Level) и заданного (Level_task).

. Добавьте в проект тэги тренда, параметры которых представлены в таблице 3.9. Образец заполнения расширенной формы тэга тренда представлен на рисунке 3.67. Если параметры не указаны в таблице 3.9, то они одинаковы для всех тэгов и равны указанным на рисунке 3.67.

Для того, чтобы вызвать форму параметров тэгов тренда, нужно в редакторе проектов Citect выбрать команду «Тэги - Тэги тренда». После появления формы, нажмите клавишу «F2», чтобы открыть расширенные настройки.


Таблица 3.9 Параметры тэгов тренда

Название тэга трендаВыражениеКоментарийFunction_1Function_sinСинусоидаFunction_2Function_lineЛинейная функцияLevelLevelУровень в резервуареLevel_taskLevel_taskЗаданный уровень

Рисунок 3.67 - Параметры тэга тренда


После заполнения формы для одного тэга нажмите кнопку «Добавить». При редактировании сведений о тэге нажмите «Заменить». Можно не набирать все записи каждый раз, а редактировать существующую, сохраненную запись. По окончании редактирования нажмите кнопку «Добавить».

. Добавьте индикаторы готовности насоса. Используйте группу из прямоугольника и текста, аналогично индикатору «Ручной/автомат». Управляющие тэги «Pump1_gotov и Pump2_gotov».

Тестовый запуск системы.

-Сохраните редактируемый проект и страницы. Создайте резервную копию.

-Скомпилируйте проект. При необходимости исправьте ошибки.

-Подключите контроллер к компьютеру и подайте на него питание.

-Запустите проект на исполнение.

-Убедитесь в функционировании системы управления. Включите режим «Автомат», Задайте некоторый уровень воды в резервуаре. Проверьте включение насосов, и их остановку по достижении заданного уровня.

-Проверьте срабатывание аварийных событий, для этого последовательно подайте тумблерами сигналы на цифровые входы контроллера x0 - x5. При этом должны появиться аварийные сообщения по заданным авариям. Если этого не произошло, проверьте правильность задания алармов.

-Если алармы работают успешно, то завершите выполнение проекта. Добавьте учетную запись «Admin». Команда в редакторе Citect «Система - Пользователи» (смотри рисунок 3.68). Используя раздел «Помощь» Citect, выясните что такое «Глобальные привилегии», таблицу с их полномочиями занесите в отчет.

-

Рисунок 3.68 - Создание пользователя


При заполнении свойств администратора пароль назначайте 123. Редактирование завершите нажатием кнопки «Добавить». Скомпилируйте и запустите проект повторно [4].

-Проверьте работоспособность алармов еще раз. Проверьте переключение с основного на дополнительный насос при неисправности основного. Проверьте действие команды «Acknowledge», правый клик по аларму - «Acknowledge».

-На панели на экране оператора внизу располагается группа клавиш переключения на аварийные страницы системы (смотри рисунок 3.69). В отчете по лабораторной работе приведите изображения данных страниц с описанием назначения кнопок и отображением аварийных сообщений.


Рисунок 3.69 - Экран оператора

-Нажав кнопку, тренд перейдите на экран тренда (рисунок 3.70). Добавьте все тренды на отображение (щелчок правой кнопкой по области под графиками, и команда «Add pens»). В отчете приведите изображение данного экрана, с отображением изменения заданного и текущего уровня в резервуаре (смотри рисунок 3.70).


Рисунок 3.70 - Экран тренда


Если все работает согласно заданию, завершите работу проекта. Отключите питание контроллера и отключите кабель, соединенный с компьютером.


.4 Лабораторная работа №4. Фонтан «Цветок»


Цель работы.

1.Научиться применять уже имеющиеся тэги к вновь создающимся проектам.

2.Подробнее изучить возможности графического редактора Citect.

.Научиться использовать анимацию.

.Создать самостоятельно проект на пример лабораторной работы со своим вариантом анимации.

Рисунок 3.71 - Внешний вид фонтана


На рисунке 3.71 представлен фонтан, он состоит из следующих элементов: 1 - насос, 2 - трубопровод, 3 - основание фонтана, 4 - тело фонтана, 5 - лепестки, 6 - вода, 7 - клапаны, 8 - задвижка на слив жидкости, 9 - центральная часть, 10 - струи жидкости (изображены разноцветными шариками).

Последовательность выполнения работы.

. Запустите «Проводник Citect». Выберите новый проект, и во вкладке «Графика - Страницы» нажмите «Создать новую страницу». Свойства создаваемой страницы (разрешение и шаблон) выберите самостоятельно. Сохраняйте редактируемые страницы не реже раза в 10минут или после выполнения каждого пункта.

. Укажите на экране название проекта.

Для этого выберите инструмент «Текст» («Объекты - Текст», либо пиктограмма «А» на панели инструментов). Затем щелкните в нужном месте экрана и наберите текст. Форматирование текста (шрифт, цвета, эффекты) выбираются самостоятельно (смотри рисунок 3.72).


Рисунок 3.72 - Свойства объекта «Текст»


. Для управления графическими элементами нужно создать тэги. Параметры тэгов даны в таблице 3.10.

. Необходимо создать графическую схему фонтана.

Создайте первый элемент - насос. Для этого выберите команду «Набор образов» из меню «Объекты» либо щелкните по пиктограмме «Набор образов». После этого появится окно диалога вставки образа библиотеки. Выберите библиотеку «pumps_base_large», элементы «right_red» и «right_green», снимите выбор свойства «Связанный» (тем самым вы разорвете связь объекта с библиотекой и изменения, вносимые вами в объект, не будут отражаться на библиотечном оригинале), и нажмите «Ок» (рисунок 3.73).


Таблица 3.10 Тэги для фонтана

НазваниеАдресТип данныхУстройство ввода-выводаДополнительные параметрыFONTAN_1M2DigitalIODev1-FONTAN_2M3DigitalIODev1-FONTAN_3M4DigitalIODev1-

Следующий шаг - это назначение тега. Для этого нужно двойным щелчком по объекту зайти в меню «Свойства». Выбрать вкладку «Вид» (рисунок 3.74). Щелчком по знаку «Вставить тэг», добавляем тэг «FONTAN_1».


Рисунок 3.73 - Меню выбора насоса и вставка на страницу


Рисунок 3.74 - Свойства насоса


Следующий элемент - это трубопровод, он должен менять свой цвет, когда через него течет жидкость, поэтому необходимо выделить участок с логическим условием изменения цвета трубопровода. Участок располагается сразу после насоса, он должен менять цвет при включении насоса (рисунок 3.75).


Рисунок 3.75 - Свойства трубопровода


Основание фонтана. Для его создания нужно сделать следующее: выберите команду «Набор образов» из меню «Объекты» либо щелкните по пиктограмме «Набор образов». После этого появится окно диалога вставки образа библиотеки. Выберите библиотеку «tanks_cylindrical», элемент «tank_tall», снимите выбор свойства «Связанный» и нажмите «Ок» (рисунок 3.76). Сделать диаметр основания приблизительно как показано на рисунке 3.71. На панели инструментов выбираем эллипс, после этого создаем эллипс нужной нам формы (немного меньше, чем основание) для визуализации наклона фонтана. Сделайте двойной щелчок по эллипсу для ввода свойств (рисунок 3.77).


Рисунок 3.76 - Свойства основания фонтана


Рисунок 3.77 - Свойства эллипса


Создание тела фонтана. Для этого выберите команду «Набор образов» из меню «Объекты» либо щелкните по пиктограмме «Набор образов». После этого появится окно диалога вставки образа библиотеки. Выберите библиотеку «tanks_cylindrical», элемент «tank_tall», снимите выбор свойства «Связанный», и нажмите «Ок». Диаметр тела фонтана должен совпадать с размером эллипса, высота произвольная.

Для создания лепестков фонтана выберите команду «Набор образов» из меню «Объекты» либо щелкните по пиктограмме «Набор образов». После этого появится окно диалога вставки образа библиотеки. Выберите библиотеку «lights_round_xlarge», элементы «grey» и «pink», снимите выбор свойства «Связанный» и нажмите «Ок». Щелчком по знаку «Вставить тэг», добавляем тэг «FONTAN_2» (рисунок 3.78).

Аналогично создаем еще 6 «лепестков», только при включенном режиме цвет будет изменяться. Располагаем 7 «лепестков» на верхней части фонтана в форме цветка.


Рисунок 3.78 - Свойства лепестка.


Создание воды фонтана и ее анимации (рисунок 3.71, позиция 6). Для этого выберите команду «Набор образов» из меню «Объекты» либо щелкните по пиктограмме «Набор образов». После этого появится окно диалога вставки образа библиотеки. Выберите библиотеку «lights_round_xlarge», элементы «cyan» при OFF и «blue» для Frame 1 (рисунок 3.79). Щелчком по знаку «Вставить тэг», добавляем тэг «FONTAN_1».


Рисунок 3.79 - Свойства воды фонтана


Аналогично создайте центральную часть 9 фонтана любого цвета (рисунок 3.71).

Создание клапанов подачи жидкости. Для этого выберите команду «Набор образов» из меню «Объекты» либо щелкните по пиктограмме «Набор образов». После этого появится окно диалога вставки образа библиотеки. Выберите библиотеку «meter_medium», элемент «square_up» при OFF и из библиотеки «meter_large» элемент «square_up» для ON, (смотри рисунок 3.80). Ставим по такому клапану на каждый «лепесток» и один в центре (рисунок 3.71).


Рисунок 3.80 - Свойства клапанов для подачи воды


Анимация капель воды из клапанов. Для создания первой капли выберите команду «Набор образов» из меню «Объекты» либо щелкните по пиктограмме «Набор образов». После этого появится окно диалога вставки образа библиотеки. Для режима OFF кадр оставляем незаполненный. Для следующих 5 кадров выберите библиотеку «lights», элементы «light_2_mag».


Рисунок 3.81 - Свойства первой капли


Рисунок 3.82 - Свойства второй капли


Для создания второй капли повторить вышеописанные действия, только анимация будет начинаться со второго кадра по пятый, для третьей капли - 3-5 кадр, для четвертой - 4-5 кадр, для пятой - только 5-ый кадр. (смотри рисунки 3.81-3.82).

Щелчком по знаку «Вставить тэг», добавляем тэг «FONTAN_1». Расположите капли в форме струи от клапана к центру. Аналогично создайте струи для каждого клапана, можно сделать их разного цвета.

Следующий элемент это трубопровод для отвода жидкости из фонтана. Он должен менять свой цвет, когда через него течет жидкость, поэтому необходимо выделить участок с логическим условием изменения цвета трубопровода (рисунок 3.83).


Рисунок 3.83 - Свойства участков трубопровода


Создание задвижки на выходе. Это - библиотечный элемент. Для того, чтобы его вставить выберите команду «Набор образов» из меню «Объекты», либо щелкните по пиктограмме «Набор образов». После этого появится окно диалога вставки образа библиотеки. Выберите библиотеку «Valve_hand», элемент «Up_large_Red» (для задвижки на выходе резервуара «Up_small_red»), снимите выбор свойства «Связанный» и нажмите «Ок» (рисунок 3.84). Щелкните по знаку «Вставить тэг», добавьте тэг «FONTAN_3».


Рисунок 3.84 - Свойства задвижки на выходе


В итоге должен получится фонтан-цветок согласно рисунку 3.71. Подключив компьютер к контроллеру, можем наблюдать анимацию фонтана при включении входов контроллера: х1 - управление насосом и струйками фонтана, х2 - лепестки меняют цвет, х3 - управление задвижками и трубопроводом.


4 ЭКОНОМИКА


4.1 Определение единовременных затрат на создание лабораторных работ


Единовременные капитальные затраты представляют собой цену программного продукта. Все расчеты между покупателем и продавцом продукции, к числу которой относят и программные продукты, производятся на основе отпускных цен. В настоящее время в соответствии с законодательством РБ в отпускную цену включается налог на добавленную стоимость и другие косвенные налоги, а также ряд отчислений.

Определяющим фактором затратной цены, закладываемой в основу расчета отпускной, является трудоемкость создания лабораторных работ.


4.1.1 Определение трудоемкости разработки лабораторных работ

Трудоемкость разработки может быть определена укрупненным методом. При этом необходимо воспользоваться формулой


,(4.1)


где ТОА - трудоемкость подготовки описания задачи и исследования алгоритма решения;

ТБС - трудоемкость разработки блок-схемы алгоритма;

ТП - трудоемкость программирования по готовой блок-схеме;

ТОТЛ - трудоемкость отладки программы на ЭВМ;

ТДР - трудоемкость подготовки документации по задаче в рукописи;

ТДО - трудоемкость редактирования, печати и оформления документации по задаче.

Составляющие приведенной формулы определяются, в свою очередь, через условное число операторов Q в разрабатываемом программном продукте по формуле


(4.2)


где q - число операторов в программе (q=1000);

С - коэффициент сложности программы (С=1,5);- коэффициент коррекции программы в ходе ее разработки (р=0,2).

Коэффициент сложности программы С характеризует относительную сложность программ задачи по отношению к типовой задаче, сложность которой принята за единицу. Значение коэффициента определяется на базе экспертных оценок.

Коэффициент коррекции программ p характеризует увеличение объема работ за счет внесения изменений в алгоритм и программу, изменения состава и структуры информации, а также уточнений, вносимых разработчиком программы для улучшения ее качества без изменения постановки задачи.


Q=1000*1,5*(1+0,2)= 1800 операторов.


Составляющие трудоемкости разработки программы определятся по формулам


,(4.3)

,(4.4)

,(4.5)

,(4.6)

,(4.7)

,(4.8)


где W - коэффициент увеличения затрат труда вследствие недостаточного или некачественного описания задачи (W=1,2);

К - коэффициент квалификации разработчика алгоритмов и программ (при стаже работы до двух лет К=0,8, при стаже от двух до трех лет К=1,0, при стаже от трех до пяти лет К=1,1...1,2 ,при стаже от пяти до семи лет К=1,3...1,4 , при стаже свыше семи лет К= 1,5...1,6.) (К=0,8);

TОА = (1800*1,2* 0,8) / 85 = 20,3 чел-ч.БС = (1800* 0,8) / 25 = 57,6 чел-ч.П = (1800* 0,8) / 25 = 57,6 чел-ч.ОТЛ = (1800* 0,8) / 5 = 288 чел-ч.ДР = (1800* 0,8) / 20 = 72 чел-ч.

ТДО = 0,75 *72 = 54 чел-ч.

Определим трудоемкость разработки лабораторных работ:

ТРЗ = 20,3 + 57,6 + 57,6 + 288 + 72 + 54 =549,5 чел-ч.


4.1.2 Определение себестоимости создания лабораторных работ

Для определения себестоимости создания программного продукта необходимо определить затраты на заработную плату разработчика по формуле


(4.9)


где Трз - трудоемкость разработки программного продукта, чел-ч;ЧР - среднечасовая ставка работника, осуществлявшего разработку программного продукта, руб;пр - коэффициент, учитывающий процент премий и доплат к тарифному фонду в организации-разработчике (kпр =0,3);

а - коэффициент, учитывающий дополнительную заработную плату (а=0,15);- коэффициент, учитывающий начисления на заработную плату (b=0,346).

Среднечасовая ставка работника определяется исходя из Единой тарифной системы оплаты труда в Республике Беларусь по следующей формуле


,(4.10)


где ЗП - среднемесячная заработная плата работника 1 разряда, руб (ЗП = 850000руб)Т - тарифный коэффициент работника соответствующего разряда (kТ=3,15);

- нормативное количество рабочих часов в месяце;

tЧР= (850000* 3,15) / 170 = 15 750 руб.

Определим затраты на заработную плату разработчика:

ЗРЗ =549,5 * 15750*(1 + 0,3)*(1 + 0,15)*(1 + 0,346) = 17 418 610 руб.

В себестоимость разработки включаются также затраты на отладку лабораторных работ в процессе их создания. Для определения их величины необходимо рассчитать стоимость машино-часа работы ЭВМ, на которой осуществлялась отладка. Данная величина соответствует величине арендной платы за один час работы ЭВМ.

Затраты на отладку программы определяются по формуле

,(4.11)


где ТОТЛ - трудоемкость отладки программы, час (определяется по формуле 4.6);МЧ - стоимость машино-часа работы ЭВМ, руб./час.

Стоимость машино-часа работы ЭВМ определяется по формуле


,(4.12)


где СЭ - расходы на электроэнергию за час работы ЭВМ, руб;

АЭВМ - годовая величина амортизационных отчислений на реновацию ЭВМ;

РЭВМ - годовые затраты на ремонт и техническое обслуживание ЭВМ, руб;

АПЛ - годовая величина амортизационных отчислений на реновацию производственных площадей, занимаемых ЭВМ, руб;

РПЛ - годовые затраты на ремонт и содержание производственных площадей, руб;

Рар - годовая величина арендных платежей за помещение, занимаемое ЭВМ, руб;

ФЭВМ - годовой фонд времени работы ЭВМ, час.

Расходы на электроэнергию за час работы ЭВМ определяются по формуле


,(4.13)


где NЭ - установленная мощность электродвигателя ЭВМ, кВт (NЭ = 0,5, кВт);ИС - коэффициент использования энергоустановок по мощности (kИС = 0,9);

ЦЭ - стоимость 1 кВт-часа электроэнергии, руб (ЦЭ = 750руб).

СЭ = 0,5 * 0,9 * 750 = 337руб.

Годовая величина амортизационных отчислений на реновацию ЭВМ определяется по формуле


,(4.14)


где ЦЭВМ - цена ЭВМ на момент ее выпуска, руб (ЦЭВМ = 4 000 000);У - коэффициент удорожания ЭВМ (зависит от года выпуска) (kУ= 1);М - коэффициент, учитывающий затраты на монтаж и транспортировку ЭВМ (kМ = 1,05);

- норма амортизационных отчислений на ЭВМ, % (= 20 %);

- балансовая стоимость ЭВМ, руб (=4 000 000 * 1 * 1,05 = 4 200 000 руб.).

АЭВМ = 4 200 000 * 20/ 100 = 840 000 руб.

Годовые затраты на ремонт и техническое обслуживание ЭВМ укрупнено могут быть определены по формуле


,(4.15)


где kРО - коэффициент, учитывающий затраты на ремонт и техническое обслуживание ЭВМ, в том числе затраты на запчасти, зарплату ремонтного персонала (kРО = 0,13);

РЭВМ = 4 200 000 * 0,13 = 546 000 руб.

Годовая величина амортизационных отчислений на реновацию производственных площадей, занятых ЭВМ определяется по формуле

,(4.16)


где - балансовая стоимость площадей, руб;

- норма амортизационных отчислений на производственные площади, % ( = 1,2 %);ЭВМ - площадь, занимаемая ЭВМ, кв.м. (SЭВМ = 3 кв.м);Д - коэффициент, учитывающий дополнительную площадь (kД = 1);

ЦПЛ- цена 1 кв.м. производственной площади, руб (ЦПЛ = 2 800 000 руб.).

АПЛ = 3 * 1 * 2 800 000 * 1,2 / 100 = 100 800 руб.

Годовые затраты на ремонт и содержание производственных площадей укрупнено могут быть определены по формуле


,(4.17)


где kРЭ - коэффициент, учитывающий затраты на ремонт и эксплуатацию производственных площадей (kРЭ = 0,05);

РПЛ = 3 * 1 * 2 800 000 * 0,05 = 420 000 руб

Годовая величина арендных платежей за помещение, занимаемое ЭВМ, рассчитывается по формуле


(4.18)


где Sэвм - площадь, занимаемая ЭВМ, кв.м;

kд - коэффициент, учитывающий дополнительную площадь (принят 1);

kар - ставка арендных платежей за помещение(принята 1 650 000 руб.);

kкомф - коэффициент комфортности помещения (принят 0,9);

kпов - повышающий коэффициент, учитывающий географическое размещение площади (принят 0,81).

Рар=3*1*1 650 000*0,9*0,81*12=43 302 600 руб.

Годовой фонд времени работы ЭВМ определяется, исходя из режима ее работы, и рассчитывается по формуле


,(4.19)


где tСС - среднесуточная фактическая загрузка ЭВМ, час (tСС= 8 час.);

ТСГ - среднее количество дней работы ЭВМ в год, дней (ТСГ = 254дн).

= 8 * 254 = 2032 час.

Определим стоимость машино-часа работы ЭВМ:

SМЧ = 337+(840 000+546 000+100 800+420 000+43 302 600) / 2032= = 22 249 руб.

Затраты на отладку

Зот = 288*22 249=6 407 712 руб

Себестоимость разработки ПП определяется по формуле


(4.20)


где F - коэффициент накладных расходов проектной организации без учета эксплуатации ЭВМ (F = 1,15).

Спр=17 418 610 *1,15+6 407 712 =26 439 114 руб


4.1.3 Определение минимальной цены лабораторных работ

Минимальная (оптовая) цена складывается из себестоимости создания программного продукта и плановой прибыли на программу. Оптовая цена определяется по формуле


,(4.21)


где ПР - плановая прибыль от лабораторных работ, руб.

Плановая прибыль определяется по формуле


,(4.22)


где СПР - себестоимость лабораторных работ;

НП - норма прибыли проектной организации (НП = 0,3).

ПР= 26 439 114 * 0,3 = 7 931 734 руб.

Определим минимальную цену лабораторных работ

Цmin= 26 439 114 + 7 931 734 = 34 370 848 руб.

Отпускная цена лабораторных работ определяется по формуле


, (4.23)


где Цmin - минимальная цена программы, руб;

НДС - ставка налога на добавленную стоимость % (НДС = 20 %).

Определим отпускную цену лабораторных работ:

ЦПР = 34 370 848 * (1 + 0,2) = 41 245 018 руб.


4.2 Определение ожидаемого прироста прибыли в результате внедрения лабораторных работ


Внедрение лабораторных работ может обеспечить пользователю ожидаемый прирост прибыли за счет сокращения трудоемкости решения задачи, являющейся предметом автоматизации и, как результат, снижения текущих затрат, связанных с решением данной задачи.


4.2.1 Определение годовых эксплуатационных расходов при ручном решении задачи

Годовые эксплуатационные расходы при ручной обработке информации (ручном решении задачи) определяются по формуле


(4.24)


где Тр - трудоемкость разового решения задачи вручную, чел-ч; чр - среднечасовая ставка работника, осуществляющего ручной расчет задачи, руб (tчр= 15 750 руб);- периодичность решения задачи в течение года, раз/год;пр - коэффициент, учитывающий процент премий (q = 0,3);

а - коэффициент, учитывающий дополнительную заработную плату (a = 0,15);- коэффициент, учитывающий начисления на заработную плату (b = 0,346).

В состав временных затрат при решении задачи вручную входят затраты на сбор инормации (1,5 чел-ч), ее форматировании и представлении в необходимом виде (3 чел-ч) и заполнения необходимых данных и запись в программу (1 чел-ч). Т.о. трудоемкость разового решения задачи вручную определяется как сумму перечисленных затрат

Тр = 1,5 + 3 + 1 = 5,5 чел-ч.

Предположим, что в году данный программный продукт будет использоваться 254 дней по 8 часов, с периодичностью 50 минут. В таком случае, периодичность решения задачи в течение года составит:= 254 * 8 * 0,83 = 1693

Рассчитаем годовые эксплуатационные расходы при ручном решении задачи:

ЗР = 5,5 *1 693* 15 750 * (1 + 0,3) * (1 + 0,15) * (1 + 0,346) = =295 111 721 руб.

4.2.2 Определение годовых текущих затрат, связанных с эксплуатацией задачи

Для расчета годовых текущих затрат, связанных с эксплуатацией лабораторных работ, необходимо определить время решения данной задачи на ЭВМ.

Время решения задачи на ЭВМ определяется по формуле


,(4.25)


где ТВВ - время ввода в ЭВМ исходных данных, необходимых для решения задачи, мин (ТВВ = 20 мин);

ТР - время вычислений, мин (ТР = 2 мин);

ТВЫВ - время вывода результатов решения задачи, мин (ТВЫВ = 0,1 мин);ПЗ- коэффициент, учитывающий подготовительно-заключительное время (dПЗ = 0,2).

Время вычислений и время вывода информации может быть определено экспериментальным путем при отладке контрольного примера.

Определим время решения задачи на ЭВМ:

ТЗ = (20 + 2 + 0,1) * (1 + 0,2) / 60 = 0,442 ч.

На основе рассчитанного времени решения задачи может быть определена заработная плата пользователя данными лабораторными работами. Затраты на заработную плату пользователя определяются по формуле:


(4.26)


где ТЗ - время решения задачи на ЭВМ, час (ТЗ = 0,442);чп - среднечасовая ставка работника пользователя программы, руб. (определяется аналогично ставке работника, осуществляющего ручной расчет) (tпр= 15 750 руб);- периодичность решения задачи в течение года, раз/год (k = 1693);- коэффициент, учитывающий процент премий (q = 0,3);

а - коэффициент, учитывающий дополнительную заработную плату (a = 0,15);- коэффициент, учитывающий начисления на заработную плату (b = 0,346).

ЗП = 0,442 * 1693 * 15 750 * (1 + 0,3) * (1 + 0,15) * (1 + 0,346) = =23 716 251 руб.

В состав затрат, связанных с решением задачи включаются также затраты, связанные с эксплуатацией ЭВМ.

Затраты на оплату аренды ЭВМ для решения задачи определяются по следующей формуле


,(4.27)


где SМЧ - стоимость одного машино-часа работы ЭВМ, которая будет использоваться для решения задачи, руб.

ЗА = 0,442 * 1693 * 22 249 = 15 895 709 руб.

Годовые текущие затраты, связанные с эксплуатацией задачи, определяются по формуле:


,(4.28)


где ЗП - затраты на заработную плату пользователя программы;

ЗА - затраты на оплату аренды ЭВМ при решении задачи.

ЗТ = 23 716 251 + 15 895 709 = 39 611 960 руб.

4.2.3 Определение дополнительной прибыли пользователя за период использования лабораторных работ.

Дополнительная прибыль пользователя за период использования лабораторных работ укрупненно может быть определена по формуле:


,(4.29)


где СНП - ставка налога на прибыль, % (СНП = 24 %);


= (295 111 721 - 39 611 960) * (1 - 0,24) = 194 179 818 руб/год.


4.3 Расчет показателей эффективности использования программного продукта


Суммарные капитальные затраты на разработку и внедрение лабораторных работ составят


,(4.30)


где КЗ - капитальные и приравненные к ним затраты;

ЦПЛ - планируемая цена лабораторных работ.

Капитальные и приравненные к ним затраты в случае, если необходимо приобретение новой ЭВМ для решения комплекса задач, в который входит рассматриваемая, по формуле:


,(4.31)


где - балансовая стоимость комплекта вычислительной техники, необходимого для решения задачи, руб (= 4 200 000руб).

КЗ= 4 200 000 * 0,442 * 1693 / 2 032 = 1 546 695 руб.

КО = 1 546 695 + 41 245 018 = 42 791 713 руб.

Срок возврата инвестиций определяется по формуле:


,(4.32)


ТВ = 42 791 713 / 194 179 818 = 0, 22 года.


.4 Заключение об экономической эффективности


Основные результаты расчета представлены в таблице 4.1.


Таблица 4.1 - Технико-экономические показатели проекта

Наименование показателяВариантыБазовыйПроектный1. Трудоемкость решения задачи, час50,4422. Периодичность решения задачи, раз в год169316933. Годовые текущие затраты, связанные с решением задачи, тыс. руб.295 111 39 6114. Отпускная цена программы, тыс. руб.41 2455. Степень новизны программыВ6. Группа сложности алгоритма28. Дополнительная прибыль пользователя, тыс. руб.194 1799. Срок возврата инвестиций, лет0,22

Разработанные лабораторные работы для изучения SCADA системы обеспечивает получение годового экономического эффекта в сумме 194 179 818 руб. при отпускной цене программы 41 245 018 руб. Проект обеспечивает возврат инвестиций за 0,22 года. Продукт является рентабельным и конкурентоспособным.

5. ЭКОЛОГИЯ. МЕТОДЫ РАДИАЦИОННОЙ ЗАЩИТЫ ПРОЕКТИРУЕМОЙ СИСТЕМЫ


Развитие техногенных объектов является неотъемлемой чертой современного этапа развития человечества. Их эксплуатация позволяет решать многочисленные задачи повышения уровня и качества жизни людей, обеспечения безопасности индивидуумов, сообществ и государств. Сооружение, эксплуатация и демонтаж техногенных объектов порождают факторы опасности, обуславливающие возможность негативного воздействия на людей и окружающую среду. Многие экологические проблемы современности связаны с резким ростом производства и потребления энергии, использованием ядерной энергии, экстенсивным использованием вредных химических веществ [5].

Загрязнение окружающей среды, ряд катастроф на техногенных объектах приводят к человеческим жертвам, поэтому вопросы экологии выдвинуты на передний план - они привлекают внимание законодательных и регулирующих органов.

Радиационная защита основывается на следующих основных принципах:

-не может быть разрешена никакая деятельность, если преимущество от такой деятельности меньше, чем возможный причиненный ею ущерб;

-величина индивидуальных доз, количество облучаемых лиц и вероятность облучения от любого конкретного источника ионизирующих излучений должны иметь самые низкие показатели, которых можно практически достичь с учетом экономических и социальных факторов;

-облучение отдельных лиц от всех источников и видов деятельности не должно превышать установленных дозовых пределов по нормам, правилам и стандартам по радиационной безопасности [5].

При решении вопросов повышения устойчивости работы проектируемой системы должны разрабатываться дополнительные организационные и инженерно-технические мероприятия, проводимые с возникновением угрозы аварийных ситуаций [6].

К таким мероприятиям можно отнести:

повышение устойчивости сооружения объектов путем инженерного их усиления;

вывоз ценного оборудования;

ограничение воздействия светового излучения;

-ограничение последствий вторичных явлений (удаление пожароопасных, взрывоопасных и сильно ядовитых веществ на безопасное расстояние от объекта или сведение количества этих веществ до минимума);

- усиление конструкций емкостей огнеопасных и взрывоопасных веществ, заглубление их.

улучшение защиты рабочих и служащих от радиоактивного, химического и бактериологического заражения;

обеспечение устойчивого управления;

перевод объекта на особый режим работы и др. [6].

Определение устойчивости работы объекта и разработка вышеуказанных дополнительных инженерно-технических мероприятий производится на основе специальных исследований устойчивости работы данного объекта [6].

Эффективным методом повышения устойчивости электронных и электронно-оптических систем в условиях действия ионизирующих излучений является их радиационная защита.

Она может быть обеспечена либо путем применения специально созданной экранировки из поглощающих излучение материалов, либо таким размещением входящих в состав аппаратуры конструкционных элементов и узлов, при котором наиболее радиационностойкие и массивные из них, состоящие из пригодных для этих целей материалов, защищают другие конструкционные узлы, в большей степени подверженные действию радиации.

В большинстве случаев радиационная защита электронной аппаратуры имеет сложную конструкцию, точный расчет которой или затруднен или практически невозможен. Поэтому при проектировании защиты вводится ряд упрощающих предложений, касающихся геометрии источника и защиты, процессов взаимодействия излучений с веществом, характеристик самих излучений и материалов защиты [6].

Основные требования к организации оптимальной малогабаритной гамма-нейтронной защиты сводится к следующему:

в состав материалов защиты должны входить материалы с большим атомным номером, так как с увеличением атомного номера материала среды микроскопическое сечение выведения быстрых нейтронов плавно возрастает и эти элементы обладают большим коэффициентом поглощения гамма-излучения;

защита должна включать легкие элементы, хорошо замедляющие промежуточные нейтроны, а также элементы, обладающие большим сечением поглощения замедленных нейтронов без образования жесткого гамма-излучения [6].

Таким образом, малогабаритная защита от гамма-нейтронного излучения должна включать в себя тяжелые элементы, такие как свинец, железо, и легкие - бор, водород, литий. Наиболее экономичным является размещение защиты в непосредственной близости от защищаемого объекта, что позволяет резко снизить площадь, занимаемую защитой, а также ее массу и стоимость.


6. ОХРАНА ТРУДА


6.1 Производственная санитария


6.1.1 Шум и вибрации

При эксплуатации автоматизированного рабочего места такие вредные производственные факторы, как шум и вибрация, не возникают, так как их размещают в помещениях, удаленных или изолированных от источников шума и вибраций. Шумы классифицируются по ГОСТ 12.0.003-83 [7] как активные, то есть они могут оказать воздействие на человека посредством заключенных в них энергетических ресурсов.

Допустимые уровни шума по СанПин 2.2.4/2.1.8.10-32-2002 [8] приведены в таблице 6.1.


Таблица 6.1 - Допустимые уровни шума

Рабочие местаУровни звукового давления в дБ в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, ГцУровни звука и эквивалентные уровни звука, дБА631252505001000200040008000Постоянные рабочие места и рабочие зоны в произв.-х помещениях на территории предприятий999286838078767480

Методы и средства борьбы с шумом принято подразделять на:

-методы снижения шума на пути распространения его от источника;

-методы снижения шума в источнике его образования;

-средства индивидуальной защиты от шума.

Наиболее эффективным методом борьбы с шумом является дистанционное управление технологическим оборудованием. В этом случае обслуживающий персонал располагается в специальных кабинах наблюдения, находящихся в производственном помещении или за его пределами.

Снижение шума на пути его распространения от источника в значительной степени достигается проведением строительно-акустических мероприятий. В данном случае применима акустическая обработка помещений (облицовка части внутренних поверхностей ограждений звукопоглощающими материалами, а также размещение в помещении штучных поглотителей, представляющих собой свободно подвешиваемые объемные поглощающие тела различной формы), звукоизолирующие ограждения или звукозащитные кабины.


6.1.2 Освещение

Производственное освещение, правильно спроектированное и выполненное, улучшает условия зрительной работы, снижает утомление, способствует повышению производительности труда и качества выпускаемой продукции, благоприятно влияет на производственную среду, оказывая положительное психологическое воздействие на работающего, повышает безопасность труда и снижает травматизм в производстве.

При выборе и расчете освещения производственного участка руководствуются нормами проектирования производственного освещения ТКП 45-2.04-153-2009 [9], в которых задаются как количественные (величина минимальной освещенности), так и качественные характеристики (показатель ослепленности и дискомфорта, глубина пульсации освещенности) искусственного освещения [10]. Согласно ТКП 45-2.04-153-2009 [9] нормы для данного типа производства приведены в таблице 6.2.

Таблица 6.2 - Нормы искусственного освещения

Характер зрительных работРазряд зрительных работПодразряд зрительных работКонтраст объекта с фономХарактеристика фонаИскусственное освещениеЕстественное освещениеСовмещенное освещениеОсвещенность, лкСочетание нормируемых величин показателя ослепленности и коэффициента пульсацииКЕО, ен, %Общее освещениеPKп, %При верхнем или комбинированном освещенииПри боко-вом освещенииПри верхнем или комбинированном освещенииПри боковом освещенииОбщее наблюдение за ходом производственного процессаVIIIАНезависимо от характеристики фона и контраста объекта с фоном2004020311,80,6


Наиболее распространены три типа источника света: лампы накаливания, люминесцентные лампы и газоразрядные лампы высокого давления. Преимущество ламп накаливания состоит в том, что они включаются в сеть без дополнительных пусковых приспособлений. Однако имеют относительно низкую световую отдачу. Газоразрядные лампы высокого давления отличаются высокой световой отдачей и компактностью, однако, имеют сложную схему включения и невысокий срок службы. Люминесцентные лампы имеют высокую световую отдачу, большой срок службы, лучшую, чем у ламп накаливания, цветопередачу, относительно малую яркость.


6.1.3 Вредные вещества

Содержание вредных веществ в воздухе регламентируется ГОСТ 12.1.005-88 [11]. В рассматриваемом производственном процессе отсутствуют значительные выделения вредных веществ, специальная очистка воздуха не предусматривается.


6.1.4 Микроклимат

Для повышения производительности труда, снижения утомляемости в производственных помещениях поддерживается микроклимат. В данном случае работа заключается в наблюдении за процессом и, следовательно, может быть отнесена к категории «Легкая 1а». Тогда, согласно СНиП 2.04.05-91 [12], допустимые температуры, скорость и относительная влажность воздуха на постоянных и рабочих местах производственных помещений устанавливается согласно таблице 6.3.


Таблица 6.3 - Оптимальные параметры микроклимата

Период годаКатегория работОптимальные нормы на постоянных и непостоянных рабочих местахОтносительная влажность, %Температура, ССкорость движения воздуха, м/c, не болееТеплыйЛегкая 1а23-250,140-60Легкая 1б22-230,2ХолодныйХолодный22-240,140-60Холодный21-230,1

Поддержание указанных значений микроклимата можно поддерживать путем использования кондиционеров, отопительных приборов в виде радиаторов, а также смешанной вентиляцией с частичным использованием естественного побуждения для притока или удаления воздуха.

При работе с дисплеем возникают следующие вредные факторы:

  • электромагнитные поля;
  • рентгеновское излучение;
  • ультрафиолетовое и инфракрасное излучение.

Воздействие электромагнитных полей на человека зависит от напряженностей электрического и магнитного полей, потока энергии, частоты колебаний, размера облучаемой поверхности тела и индивидуальных особенностей организма.

Наиболее эффективным и часто применяемым из названных методов защиты от электромагнитных излучений является установка экранов. Экранируют либо источник излучения, либо рабочее место. Экраны бывают отражающие и поглощающие. Индивидуальные экранирующие комплексы предназначены для защиты от воздействия электрического поля, напряженность которого не превышает 60 кВ/м.

Для обеспечения безопасности работ с источниками электромагнитных волн производится систематический контроль фактических значений нормируемых параметров на рабочих местах. Контроль осуществляется измерением напряжения электрического и магнитного полей, а также измерением плотности потока энергии.

Для экранов применяют материалы с высокой электрической проводимость (сталь, медь, алюминий, латунь) в виде листов толщиной не менее 0,5 мм или сетки с ячейками не более 4 ´4 мм. Каждый экран обязательно заземляют. Защита с помощью экранов выполняется многоступенчатой, включая экранирования генераторного (первичного) контура, рабочих контуров (плавильных, нагревательных и др.) и установки в целом.

Эластичные экраны (из специальной ткани с вплетенной тонкой металлической сеткой) применяют для изготовления экранных штор, чехлов, спецодежды и т.п. Для экранов применяют и оптически прозрачное стекло, покрытое полупроводником - двуокисью олова; оно также обеспечивает ослабление электромагнитного поля.

Согласно СанПиН 9-131-2000 [13] допустимые уровни напряженности (плотности потока мощности) электромагнитных полей, излучаемых клавиатурой, системным блоком, манипулятором мышь, беспроводными системами передачи информации на расстояния и иными вновь разработанными устройствами в зависимости от основной рабочей частоты изделия, не должны превышать значений, приведенных в таблице 6.4.


Таблица 6.4 - Допустимые уровни электромагнитных полей

Диапазоны частот0,3 - 300 кГц0,3 - 3,0 МГц3,0 - 30,0 МГц30,0 - 300,0 МГц0,3 - 300 ГГцДопустимые уровни25 В/м15 В/м10 В/м3 В/м10 мкВт/см2

6.2 Техника безопасности


Основными опасными производственными факторами в данном АРМ является электрический ток.

Электрооборудование АРМ оснащается пусковой аппаратурой, исключающей самопроизвольное включение при восстановлении внезапно исчезнувшего напряжения независимо от положения органов управления к этому моменту. Электробезопасность АРМ обеспечивается изготовлением электрооборудования в соответствии с ГОСТ 12.2.007.0-75 [14], ГОСТ 12.2.007.14-75 [15], ГОСТ 12.1.019-79 [16] и соблюдением правил ПУЭ [17] при их эксплуатации. В частности необходимо произвести защитное зануление согласно ГОСТ 12.1.030-81 [18]. Обеспечить надежную изоляцию всех токоведущих частей.

В случае повреждений изоляции токоведущих частей возможно попадание человека под фазное напряжение.

Опасность возникновения статического электричества проявляется в возможности образования электрической искры и вредном действии его на организм человека. Эта искра может служить причиной воспламенения горючих или взрывоопасных газов, паров или пыли с воздухом.

Для персонала, обслуживающего автоматизированное рабочее место, должны быть разработаны и утверждены в установленном порядке инструкции по охране труда, в которых приводят обязанности обслуживающего персонала, безопасные приемы и методы работы при обучении, наладке и ремонте, формы организации контроля за мероприятиями и средствами обеспечения безопасности, рациональные режимы труда и отдыха персонала, обслуживающего данное АРМ.

В инструкцию по эксплуатации включают следующие разделы.

Общие требования безопасности. Указываются назначение и характеристики АРМ, характеристика опасных и вредных производственных факторов, действующих на работающих, требования по обеспечению взрыво- и пожаробезопасности, условия допуска лиц к выполнению работы, а также ответственность работающего за нарушение требований инструкции.

Требования безопасности перед началом работы. Необходимо проверить исправность оборудования, ограждений, сигнализации, блокировочных и других устройств, защитного заземления, вентиляции, провести тестовую проверку функционирования частей АРМ. Особое внимание при этом уделяется блокировочным устройствам, которые должны срабатывать в соответствии с электрической схемой.

Требования безопасности во время работы. Указываются способы и приемы безопасного выполнения работ, правила использования технологического оборудования.

Требования безопасности в аварийных ситуациях. Отражаются порядок безопасного отключения и действия персонала при возникновении опасных, критических и аварийных ситуаций, которые могут сформировать несчастный случай или аварию.

Требования безопасности по окончанию работы. Указывается порядок отключения АРМ, записей в журнале о техническом состоянии, передачи АРМ по смене.

Требования безопасности, безопасные приемы и методы работы при обучении, проведении наладочных, ремонтных и профилактических работ.

Требования к организации контроля за безопасной работой. Указывается, что контроль за исправностью оборудования и средств защиты на АРМ, соблюдением работающими правил безопасности труда осуществляют ИТР цеха, отдел охраны труда предприятия совместно со службой, проводящей контроль за оборудованием.

Заземление - преднамеренное соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкание на корпус и по другим причинам согласно ГОСТ 12.1.030-81 [18].

Зануление - преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением согласно ГОСТ 12.1.030-81 [18].

Расчет системы защитного зануления при мощности питающего трансформатора 700 кВА, схема соединения обмоток трансформатора - звезда, электродвигатель асинхронный, серии 4А, U=380B, n=3000 мин-1,тип 4А132М2.

Условие обеспечения отключающей способности зануления:


(6.1)


где Uф - фазное напряжение, В;

ZT - сопротивление трансформатора, Ом;

ZП - сопротивление петли фаза-нуль, которое определяется по зависимости


(6.2)


где Rн, RФ - активные сопротивления фазного и нулевого проводников, Ом;

Хн, Хф - внутренние индуктивные сопротивления фазного и нулевого проводников, Ом;

ХП - внешнее индуктивное сопротивление петли фаза-нуль, Ом.

При расчетах зануления ZТ берется из таблицы 6.1.


Таблица 6.1 Приближенные расчетные полные сопротивления ZТ, Ом, масляных трансформаторов по ГОСТ 11920-73 и ГОСТ 12022-76

Мощность трансформатора, кВАZT, при схеме соединения обмотокМощность трансформатора, кВАZT, при схеме соединения обмотокзвездой l?треугольником ?звездой l?треугольником ?253,110,9062500,3120,090401,9490,5624000,1950,056631,2370,3606300,1290,0421000,7990,22610000,0810,0271600,4870,141

Номинальный ток электродвигателя


(6.3)


где Р - номинальная мощность двигателя, кВт;

Uн - номинальное напряжение, В;

cosa - коэффициент мощности.

Для расчета активных сопротивлений Rн, и RФ задаемся сечением, длинной, материалом нулевого и фазного проводников. Сопротивление проводников из цветных металлов определяется по формуле


(6.4)


где ? - удельное сопротивление проводника (для меди ?=0,018, для алюминия ?=0,028 Ом×мм2/м);

- длина проводника ,м;

S - сечение мм2.

Значения Хф и Хн для медных и алюминиевых проводников малы и, как правило ими пренебрегают. Активное и индуктивное сопротивления проводников берут из справочных материалов. Для этого задаются длиной проводника и профилем сечения, определяют ожидаемое значение тока короткого замыкания. Величину внешнего индуктивного сопротивления петли фаза-нуль в практических расчетах принимают равным 0,6 Ом/км.

Из справочных данных находим основные технические характеристики электродвигателя N=10 кВт; cosa=0,9;

Пусковой ток двигателя

.

Номинальный ток плавкой вставки


(6.5)


где a - коэффициент режима работы принимается для двигателей с частыми включениями, например двигателей для кранов a=1,6…1,8, для двигателей, приводящих в действие механизмы с редкими пусками (конвейеров, вентиляторов) a=2…2,5.

Определим ожидаемое значение тока короткого замыкания



Задаемся стандартным сечением нулевого провода 4´40 мм и рассчитываем плотность тока d


(6.6)


Из справочных таблиц находим активные и индуктивные сопротивления стальных проводников. Для этого задаемся сечением и длиной нулевого и фазного проводников, выполненных из стали: , сечением 4´40 мм; S =160 мм2; ; сечением Æ =8 мм; S =50,27 мм2. Активное сопротивления фазного и нулевого проводов.


(6.7)

(6.8)

Определяем внутренние индуктивные сопротивления фазного и нулевого проводников Хф и Хн.


(6.9)

(6.10)


где Хw - из справочной таблицы, Ом;

- длина проводника, км.

Общая длина петли фаза-нуль 50´100=150 м=0,15 км, тогда

Используя получены данные, рассчитываем Zп и определяем ток короткого замыкания.

Проверим условие надежного срабатывания защиты


.


Ток Iкз более чем в три раза превышает номинальный ток плавкой вставки, поэтому при замыкании на корпус плавкая вставка перегорит за 5…7 с и отключит поврежденную фазу. По номинальному току из таблицы стандартных предохранителей принимаем плавкую вставку серии ПН2-100 с номинальным током 80 А при напряжении сети 380 В.

В соответствии с правилами технической эксплуатации электроустановок потребителей использование земли в качестве фазного или нулевого провода в электроустановках напряжением до 1000В запрещается [7]. Поэтому в нашем случае при рассмотрении заземляющего оборудования на АРМ будем иметь в виду трехфазную четырехпроводную сеть с нейтралью. Соответственно отсутствие заземляющего оборудования есть трехфазная трехпроводная сеть с изолированной нейтралью или нулевой провод.

Сопротивление заземляющего устройства растекание тока должно быть равно или несколько меньше допустимого сопротивления по ГОСТ 12.1.030-81. ССБТ [22] или ПУЭ [17].

При пробое изоляции на корпусе оборудования появляется напряжение. Прикосновение к такому оборудованию является однофазным. Однофазное включение представляет собой непосредственное соприкосновение человека с частями электроустановки или оборудования, нормально или случайно находящимися под напряжением.


6.3 Пожарная безопасность


В соответствии со НПБ 5-2005 [19] данное производство по пожарной, взрывной и взрывопожарной опасности можно отнести к категории Д. Категория Д - это производства, в которых обрабатываются негорючие вещества и материалы в холодном состоянии. Согласно СНБ 2.02.01-98 [20] здание, в котором предполагается размещение данного АРМ, можно отнести ко II степени огнестойкости. Согласно указанному СНБ допускается использовать один эвакуационный выход, если число работающих соответствует приведенному в таблице 6.5 [21].


Таблица 6.5 - Число эвакуированных людей при степени огнестойкости II

Степень огнестойкости зданияПредельное число эвакуируемых человек с одного этажа здания при числе этажей234 и болееII70 3515Ширина эвакуационного прохода составляет не менее 1 м., коридор или переход в другое здание - не менее 1,4 метра. Ширина лестничных маршей не менее ширины выхода на лестничную площадку с наиболее населенного этажа, но не менее 1 метра. Максимальное расстояние от наиболее удаленного рабочего места до эвакуационного выхода должно составлять 50 метров.

Помещение, в котором располагается ПЭВМ, оборудовано первичными средствами пожаротушения согласно СНБ 2.02.01-98 [20]. В качестве таких средств можно применять углекислотные и порошковые огнетушители, предназначенные для тушения различных материалов установок под напряжением до 1000В (например, ОУ-2А, ОХП-10, ОК-10).


ЗАКЛЮЧЕНИЕ


В дипломном проекте поставлена цель: выработать методические рекомендации и лабораторные работы по использованию SCADA систем для разработки объектов автоматизации для студентов 4-5 курсов специальностей «Автоматизация технологических процессов и производств» и «Промышленные роботы и робототехнические комплексы»

Проект построен в виде последовательности действий студента при работе со SCADA системой.

Также проанализирована общая методология создания систем управления с использованием SCADA систем. И для каждого из этапов проектирования (организация обмена информацией, проектирование интерфейса пользователя, разработка графической модели технологического процесса, организация системы трендов и алармов) предоставлена теоретическая база.

Для закрепления полученных знаний студентов, разработан лабораторный практикум, состоящий из четырех лабораторных работ, охватывающий базовые навыки создания системы управления.

Разработанные лабораторные работы позволяют значительно улучшить качество подготовки молодых специалистов и могут быть использованы, как раздел в дисциплинах, ориентированных на проектирование и создание систем управление технологическими процессами.


СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАНЫХ ИСТОЧНИКОВ


1.Е.Б. Андреев, Н.А. Куцевич, О.В. Синенко SCADA системы: взгляд изнутри. ? М.: Издательство «РТСофт», 2004

.Ю.Е. Лившиц, Ф.Л. Сиротин, И.И. Кузьмицкий SCADA системы и основы методики их изучения. Автоматический контроль и автоматизация производственных процессов : материалы Междунар. науч.-техн. конф., Минск, 17-18 мая 2012 г. - Мн.: БГТУ, 2012. - 372 с. - ISBN 978-985-530- 174-6

3.Программное обеспечение систем автоматизации производства. Citect версия 6. Руководство пользователя. ЗАО «РТСофт» 2004

.Citect 5 сокращенный курс обучения. ЗАО РТСофт 2004

.Машкович В.П., Панченко А.М. Основы радиационной безопасности. Уч. Пособие для вузов. - M.: Энергоатомиздат, 1990.

.Величко К.Ф., Есаян И.Г., Лаптев В.С., Шелухин А.Д. Оценка устойчивости объектов и систем народного хозяйства / Под ред. К.Ф. Величко. - М.: Изд. МИФИ, 1984. - 84 с.

.ГОСТ 12.0.003-83. ССТБ. Опасные и вредные производственные факторы. Классификация.

8.СанПин 2.2.4/2.1.8.10-32-2002. Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки.

9.ТКП 45-2.04-153-2009. Естественное и искусственное освещение. Строительные нормы проектирования.

.ГОСТ 6825-91. Лампы люминесцентные трубчатые для общего освещения.

11.ГОСТ 12.1.005-88. ССТБ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны. - М.: Издательство стандартов, 1984.

12.СНиП 2.04.05-91. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. Нормы проектирования. Госстрой СССР. - М.: АПП ЦИТП, 1992.

13.СанПин 9-131-2000. Гигиенические требования к видеодисплейным терминалам, электронно-вычислительным машинам и организации работы.

14.ГОСТ 12.2.007.0-75. ССТБ. Изделия электротехнические. Общие требования безопасности.

15.ГОСТ 12.2.007.14-75. ССТБ. Кабели. Требования безопасности.

16.ГОСТ 12.1.019-79. ССТБ. Электробезопасность. Общие требования и номенклатура видов защиты.

17.Правила устройства электроустановок / Минэнерго СССР. - М.: Энергия 1985.

18.ГОСТ 12.1.030-81. ССТБ. Электробезопасность. Защитное заземление, зануление. - М.: Издательство стандартов, 1984.

19.НПБ 5-2005. Нормы пожарной безопасности. Категорирование помещений по взрывной и пожарной опасности.

.СНБ 2.02.01-98. Пожарно-техническая классификация зданий, строительных конструкций и материалов.


Теги: Диспетчерское управление автоматизированным производством на базе SCADA системы  Диплом  Информационное обеспечение, программирование
Просмотров: 26674
Найти в Wikkipedia статьи с фразой: Диспетчерское управление автоматизированным производством на базе SCADA системы
Назад