o firmie > systemy automatyki

Jednym z podstawowych wymagań stawianych systemom automatyki jest wysoka niezawodność przy zachowaniu wygody i prostoty użytkowania. Wymaganie niezawodności jest zrozumiałe, jako że systemy te sterują pracą kosztownych instalacji, których przestoje, awarie lub wysoki koszt eksploatacji muszą być minimalizowane. Niezawodności wymaga też bezpieczne prowadzenie procesów. Wygoda i prostota użytkowania ułatwia operatorom procesu panowanie nad pracą instalacji i pomaga eksploatować je w optymalnych warunkach. O niezawodności i efektywności systemów automatyki realizowanych przez firmę ASKOM decyduje kilka kluczowych czynników:

• stosowanie niezawodnych sterowników światowych firm,

• wprowadzenie strukturalnych elementów niezawodności systemów,

• stosowanie konfiguracji rozproszonych,

• prowadzenie nadzoru w oparciu o przejrzysty system obrazów komputerowego systemu wizualizacji i sterowania,

• otwarcie systemu dla poziomu zarządzania produkcją.

Duże walory funkcjonalne przy zachowanej jednocześnie prostocie obsługi systemów nadzoru gwarantuje autorski pakiet wizualizacji i nadzoru asix dla Windows.

  Konfiguracja systemu

ASKOM opiera swoje rozwiązania na programowalnych sterownikach wiodących światowych producentów (Siemens, GE Electric, Allen-Bradley, Schneider-Electric). Standaryzacja narzędzi programowania sterowników ujęta w normie IEC 1131 pozwala podejmować się realizacji sterowania na praktycznie dowolnym sterowniku, budując w oparciu o jego komponenty niezawodną strukturę sterowania i komputerowego nadzoru.

Dla spełnienia najwyższych wymagań dotrzymania dyspozycyjności systemu sterowania, szczególnie istotnych np. w energetyce, ASKOM od kilku lat stosuje z powodzeniem, potwierdzoną sukcesem wielu instalacji, konfigurację systemu - zilustrowaną na schemacie - która strukturalnie podnosi jego niezawodność.

powiększ

Kluczowe cechy tej struktury to:
 

• rozdzielone magistrale: procesowa (sterująca) i informatyczna (Ethernet),

• redundancja magistrali procesowej,

• praca stacji operatorskich systemu nadzoru w trybie gorącej rezerwy,

• otwartość systemu dla dostępu do danych z poziomu systemu zarządzania produkcją.
   

W przedstawionej strukturze systemu automatyki można wyróżnić 3 warstwy:
 

• warstwę obiektową, zawierającą stacje obiektowe automatyki,

• warstwę operatorską, zawierającą komputerowe stacje operatorskie (w tym stację inżynierską),

• warstwę zarządzania, zawierającą serwer danych procesowych dla stacji roboczych w komputerowej sieci zakładowej.

Stacje obiektowe

Stacje obiektowe automatyki w warstwie obiektowej zbudowane są w oparciu o programowalne sterowniki realizujące pomiary, sterowanie napędami, sterowanie sekwencyjne, układy automatycznej regulacji, komunikację z urządzeniami zewnętrznymi wyposażonymi w interfejsy szeregowe oraz wymianę danych ze stacjami operatorskimi.

Doprowadzenie sygnałów analogowych i cyfrowych z obiektu do sterownika jest - w zależności od topologii obiektu - realizowane w konfiguracji scentralizowanej lub rozproszonej.

Pomiary

Pomiary parametrów technologicznych wprowadzane są do systemu za pośrednictwem kart analogowych różnych typów. Karty modułów we/wy cyfrowych są również dostępne w całej gamie wykonań, w zależności od napięcia obwodów obiektowych, ilości kanałów we/wy, separacji od magistrali wewnętrznej sterownika, szybkości reakcji , wymagania izolacji kanałów między sobą, itp. W przypadkach, gdzie wymagania techniczne nie zmuszają do wyboru szczególnych rodzajów kart, dąży się do możliwie największego stopnia standaryzacji, obniżającego koszty części zamiennych. Standardowo używa się napięcia obiektowego 24 VDC. Przy obecnie dostępnych na rynku czujnikach bezstykowych, hermetycznych oraz stykach z bardzo dobrych materiałów kontaktowych, jest to rozwiązanie najbardziej racjonalne.

Dla większości aplikacji, gdzie względy ekonomiczne są decydujące, czujniki i elementy wykonawcze są łączone bezpośrednio z obiektu do karty za pośrednictwem listew zaciskowych. Wadą takiego podejścia jest możliwość przenoszenia przepięć z obiektu do modułu, które mogą uszkodzić pojedynczy kanał lub cały moduł. W instalacjach sterowania, dla których istnieją wysokie wymagania co do niezawodności, we/wy są odseparowane od elektroniki systemu za pośrednictwem przekaźników sprzęgających. Wyższa cena takiej aplikacji jest kompensowana całkowitym uniezależnieniem pracy systemu od zagrożeń, jakie mogą nieść obwody zewnętrzne.

Napędy

Napędy sterowane są typowymi funkcjonalnymi blokami programowymi, stworzonymi dla konkretnego rodzaju napędu w zależności od jego schematu elektrycznego. Działanie bloku zapewnia obsługę przycisków lokalnych, sterowanie zdalne, diagnostykę pracy napędu oraz wymianę danych z systemem wizualizacji. Typowo napędy mogą być sterowane z miejsca - z zestawu sterowania lokalnego lub zdalnie - ze stacji operatorskiej. Samo sterowanie może się odbywać w jednym z trybów pracy:
 

• remontowym, bez blokad technologicznych, z ewentualnym uwzględnieniem tylko pewnych zabezpieczeń wewnętrznych,

• ręcznym (lokalnie lub zdalnie), z zachowaniem wszystkich blokad i zabezpieczeń,

• automatycznym, z zachowaniem wszystkich blokad i zabezpieczeń, gdzie załączanie i wyłączanie napędu następuje wyłącznie z inicjatywy algorytmu pracy realizowanego w sterowniku.
   

Wybór miejsca sterowania i trybu pracy odbywa się ze stacji operatorskiej. Napędy są wizualizowane na ekranie z zapewnieniem diagnostyki oraz wszystkimi informacjami związanymi z ich funkcjonowaniem i pracą.

Oprócz indywidualnego sterowania napędami stosuje się sterowanie grupowe, gdzie algorytm automatyki zarządza wszystkimi napędami sterowanego węzła technologicznego. Uruchamianie całych sekwencji odbywa się przez przekazanie do trybu automatyki grup napędów jednym przyciskiem. Sterowanie sekwencyjne musi być czasem uzupełnione wyborem rożnych innych parametrów regulacji, strategii działania algorytmu lub innych funkcji, związanych w sposób szczególny z całością węzła lub niektórymi napędami.

Układy automatycznej regulacji

Bardzo dobre rezultaty uzyskiwane w realizacji układów regulacji, nawet przy najbardziej złożonych strukturach, to cecha oferowanych przez nas systemów. Typowe UAR realizowane są programowo wprost w CPU sterownika, co znacznie obniża koszty instalacji sterujących. W zależności od potrzeb wykorzystuje się blok programowy PID będący integralnym elementem firmware'u CPU lub korzysta z różnorodnych i bardzo rozbudowanych struktur PID oraz specjalistycznych bloków dostępnych w bibliotekach programowych. Regulacje bardzo szybkie wymagają indywidualnych kart sprzętowych. Są one dostępne w wersji do bezpośredniej zabudowy w kasecie sterownika lub indywidualnie, jako karta w polu rozproszonych we/wy. Karty regulatorów działają autonomicznie, niezależnie od sterownika, o ile czynne jest ich zasilanie.

Niezawodność sterownikowych stacji automatyki, bardzo wysoka z racji techniki wykonania, jest dodatkowo podnoszona takimi elementami jak:
 

• stosowanie redundantnego zasilania stacji obiektowych z podtrzymaniem bateryjnym,

• stosowanie redundantnych magistrali do wymiany danych,

• dublowanie we/wy oraz sekwencji sterowania w drugiej stacji obiektowej lub specjalnie do tego celu przygotowanym sterowniku redundancyjnym,

• stosowanie sterowników FF ( Fault-Free ) z podwójnym procesorem centralnym, reagującym na niezgodność w realizacji algorytmu sterowania.
   

Stacje operatorskie

Komputerowe stacje operatorskie w warstwie operatorskiej realizują, jako narzędzie pracy operatora procesu, funkcje akwizycji danych, wizualizacji, sterowania nadrzędnego, archiwizacji, raportowania w oparciu o system wizualizacji i nadzoru, typowo asix dla Windows.

Wyróżnia się dwa typy stacji operatorskich:
 

• serwery operatorskie, posiadające bezpośrednie przyłącza do magistrali procesowej, łączące funkcje wizualizacji, archiwizacji i udostępniania danych,

• terminale operatorskie - nie posiadające bezpośredniego łącza z magistralą procesową, z dostępem do danych procesowych za pośrednictwem serwerów operatorskich.
   

Oprogramowanie terminali operatorskich realizuje lokalnie zadania wizualizacji i przetwarzania danych procesowych, sięgając po dane źródłowe do serwerów operatorskich. Dzięki temu nie istnieje w praktyce ograniczenie na liczbę przyłączanych terminali.

Stacje operatorskie w systemie nadzoru firmy ASKOM charakteryzują się tzw. symetrią aplikacji tj. posiadają identyczną konfigurację programową w zakresie obsługi operatorskiej, co zapewnia ich natychmiastową zamienność. Każdy z komputerów operatorskich może realizować wszystkie funkcje związane z nadzorem technologicznym. Od wyboru operatora zależy, jaka cześć instalacji (grupa technologiczna) jest prezentowana na monitorze. Taka konfiguracja zapewnia maksymalne bezpieczeństwo pracy i nie powoduje utraty możliwości nadzorowania procesu podczas awarii którejkolwiek ze stacji.

Stacje obiektowe automatyki komunikują się między sobą oraz ze stacjami operatorskimi za pośrednictwem wydzielonej magistrali procesowej. Dla odpowiedzialnych procesów i instalacji magistrala procesowa została zdublowana aby podnieść niezawodność systemu. Rodzaj magistrali zależy głównie od wymagań co do ilości wymienianych danych procesowych w systemie - typowo magistrala PROFIBUS lub Ethernet.

Serwery operatorskie

Serwery operatorskie posiadają z jednej strony przyłącza do magistrali procesowej dla wymiany danych ze stacjami obiektowymi oraz z drugiej strony przyłącza do niezależnej magistrali informacyjnej Ethernet dla wzajemnej wymiany danych i ich udostępniania terminalom operatorskim.

Dla uzyskania wysokiej niezawodności systemu serwery operatorskie pracują parami i stanowią na sieci informacyjnej serwery danych procesowych o podwyższonej niezawodności na zasadzie tzw. "gorącej rezerwy". Serwery w parze realizują te same funkcje systemowe i operatorskie, zapewniając dublowanie dostępu do zmiennych procesowych oraz dublowanie archiwum danych , dziennika alarmów i zdarzeń. Każdy serwer operatorski ma dwa kanały komunikacji ze sterownikami:
 

• podstawowy - poprzez magistralę procesową oraz

• rezerwowy - poprzez sieć Ethernet i "sąsiedni" serwer.
   

Serwery realizują niezależnymi kanałami komunikacji sprzęg ze sterownikami oraz prowadzą niezależne archiwa danych, alarmów i raportów. Podczas bezawaryjnej pracy oba serwery pełnią rolę źródła danych dla innych stacji w sieci Ethernet.

W przypadku gdy któryś serwer wykryje uszkodzenie kanału komunikacji ze sterownikiem - automatycznie przełącza się na alternatywny kanał, jakim jest sprzęg po sieci Ethernet do bliźniaczego serwera w parze. Uszkodzenie jednego z serwerów z pary czy też jego przyłącza do magistrali procesowej nie powoduje degradacji funkcji systemu - komputery terminali operatorskich na sieci Ethernet automatycznie przełączają się na sąsiedni serwer pracujący jako gorąca rezerwa. Po usunięciu uszkodzenia restartowany serwer automatycznie przeprowadza resynchronizację z bliźniaczym serwerem i odbudowuje zawartość swojego archiwum danych.

Eksploatacja każdego systemu wymaga pewności jego działania. Operator i użytkownik muszą mieć pewność co do poprawności danych o procesie i o wykonaniu zadanych sterowań i regulacji. Wiele elementów systemu diagnozuje i kontroluje jego działanie na bieżąco, aby niezwłocznie sygnalizować wszelkie nieprawidłowości w jego pracy.

Niezawodne działanie systemu firmy ASKOM opiera się m.in. na następujących elementach:
 

• diagnostyce poprawności komunikacji na magistrali procesowej,

• kontroli poprawności transmisji danych procesowych,

• kontroli poprawności pomiarów,

• zredundowanej pracy serwerów operatorskich,

• automatycznym znajdowaniu przez stacje operatorskie serwera danych procesowych w przypadku stanu awaryjnego aktualnego źródła danych,

• automatycznym wyrównywaniu archiwum danych i dziennika alarmów pomiędzy serwerami pracującymi w trybie " gorącej rezerwy".

Informacje o wykrytych nieprawidłowościach w pracy systemu lub jego komponentów są sygnalizowane na stacjach operatorskich, w oknie diagnostyki systemu lub na specjalnych maskach pokazujących stan pracy elementów systemu. Maski diagnostyczne wyświetlają np. stany zasilań modułów sterownika, stany we/wy na kartach sterownika, długość cyklu sterownika, statystykę szybkości odświeżania zmiennych na maskach, itp.

Magistrala informacyjna Ethernet jest stosowana do:
 

• rezerwacji transmisji danych procesowych między serwerami operatorskimi,

• synchronizacji archiwum danych na serwerach operatorskich,

• synchronizacji czasu astronomicznego pomiędzy stacjami operatorskimi oraz obiektowymi,

• wymiany danych z terminalami operatorskimi,

• wymiany informacji o stanie systemu alarmów,

• budowy otwartego systemu przygotowanego do wymiany danych z komputerową siecią zakładową.
   

Bardzo ważną cechą systemu sterowania i nadzoru jest działanie jego stacji przy synchronizowanym jednakowym czasie astronomicznym. Ma to ogromne znaczenie dla poprawnego i jednoznacznego przydzielania stempla czasu pomiarom i zdarzeniom oraz jednoznacznej interpretacji archiwum danych. W przedstawianym systemie wybrana stacja operatorska (najczęściej serwer operatorski) jest wyposażona w odbiornik radiowy czasu DCF77 i pełni rolę serwera czasu w całym systemie, zarówno dla pozostałych stacji operatorskich jak i stacji obiektowych.

Stacja inżynierska

Specjalne zadania w warstwie operatorskiej pełni stacja inżynierska. Jest nią komputer wyposażony w:
 

• oprogramowanie narzędziowe sterowników stacji obiektowych automatyki,

• oprogramowanie tzw. konstruktora systemu wizualizacji i nadzoru asix,

• oprogramowanie diagnostyczne dla magistrali procesowej i informacyjnej,

• urządzenia i oprogramowanie dla zrzutu długookresowego archiwum danych procesowych na dyski wymienne lub płyty CD,

• bazę (tzw. repozytorium) plików konfiguracyjnych i oprogramowania aplikacyjnego systemu nadzoru asix i sterowników stacji automatyki,

• modem i oprogramowanie do prowadzenia zdalnego serwisu oprogramowania użytkowego,

• inne specjalizowane oprogramowanie testowe i projektowe.
   

Stacja inżynierska posiada bezpośrednie przyłącze zarówno do magistrali procesowej jak i informacyjnej w związku z czym możliwe jest prowadzenie konserwacji i rozwoju oprogramowania systemu bez zakłócania jego pracy.

W systemach sterowania i nadzoru nie da się przecenić ważności stacji inżynierskiej , która ma zapewnić wygodne i efektywne projektowanie systemu, jego rozruch - wymagający wprowadzania interaktywnie wielu drobnych zmian - i wreszcie konserwację tj. diagnostykę, serwisowanie, wprowadzanie modyfikacji oprogramowania , uaktualnianie wersji programów.

W systemach automatyki opartych na programowalnych sterownikach i wizualizacji klasy SCADA oprogramowanie pozostaje wyraźnie rozdzielone na część sterownikową i komputerową. W rozwiązaniach firmy ASKOM oprogramowanie sterowników i komputerów operatorskich spina wspólna baza danych procesowych zapisana w arkuszu Excel. Deklaruje ona listę zmiennych procesowych i ich parametry zarówno dla programów aplikacyjnych sterownika jak i systemu wizualizacji. Standardy rozwiązań systemów automatyki opracowane w ASKOM zapewniają bogatą bibliotekę bloków funkcyjnych sterowników oraz odpowiadającą im bibliotekę obiektów i obrazów, które razem tworzą spójny system porównywalny funkcjonalnością z systemami klasy DCS.

Programowanie sterowników odbywa się za pomocą programów narzędziowych ich producentów. Programy te są zgodne z powszechnie akceptowaną normą IEC 1131, dzięki czemu charakteryzują się jednakowymi językami i metodami niezależnymi w dużym stopniu od typu sterownika.

W systemie wizualizacji asix tryb konstruktora zapewnia pełne możliwości parametryzowania on-line aplikacji i automatycznego jej rozpowszechniania na stacjach operatorskich spiętych siecią Ethernet. Oprogramowanie stacji operatorskich jest powiadamiane o zmianach we wzorcowej bazie danych utrzymywanej na stacji inżynierskiej (lub wydzielonym serwerze aplikacji) i on-line aktualizuje swoje definicje. Także zmiany w bazie zmiennych procesowych (dodanie zmiennej, usunięcie, zmiana parametrów) mogą być on-line rozpowszechniane w systemie. Administrowanie programami i aplikacjami systemu asix spełnia oczekiwania każdego inżyniera systemu, który z jednakową łatwością może konserwować oprogramowanie pojedynczej stacji jak i wielostanowiskowych konfiguracji.

Stacja inżynierska wyposażona w modem umożliwia zdalny dostęp do aplikacji systemu i ułatwia prowadzenie serwisu oprogramowania oraz bezzwłoczne wsparcie techniczne użytkownika w przypadku wystąpienia usterek.

W warstwie operatorskiej instaluje się także sieciowy serwer drukarek, za pośrednictwem którego z dowolnej stacji komputerowej można wykonywać wydruki tekstowe i graficzne - zrzuty ekranów (masek), dziennik alarmów i zdarzeń - na bieżąco lub z wybranego okresu, raporty, trendy itd. Typowym wyposażeniem systemu nadzoru jest para drukarek - laserowa i kolorowa, atramentowa. W mniejszych konfiguracjach drukarki mogą być przyłączone wprost do stacji operatorskich.

Stacja kontroli eksploatacji

W systemach nadzoru większych instalacji wydziela się często funkcje rozbudowanego raportowania i analizy procesu na dedykowanej stacji kontroli eksploatacji. Stacja ta może także przejąć od stacji inżynierskiej zadania archiwizacji danych na wymiennych nośnikach dyskowych. Stacja kontroli eksploatacji (KE) poprzez sieć Ethernet w obrębie segmentu nastawni operatorskiej posiada dostęp do bazy danych procesowych i realizuje funkcje kontroli eksploatacji, a w szczególności:
 

• podglądu masek procesu,

• drukowania raportów,

• drukowania trendów,

• przeglądania i drukowania dziennika alarmów,

• wykonywania obliczeń sprawnościowych,

• zrzutu archiwum danych na dyski wymienne.
   

Komputer stacji KE jest wyposażony w duży dysk oraz w napęd dysków wymiennych typu ZIP o pojemności dyskietki 100/200MB i moduł nagrywania dysków CD (650MB), które stosuje się do zrzutu długookresowego (wielomiesięcznego) archiwum danych procesowych. Wybór dysków CD jako nośnika archiwalnego pozwala na dowolnym stanowisku komputerowym wyposażonym w czytnik CD (tani i powszechnie dostępny) oraz licencję asix dla terminali odczytywać dane archiwalne i poddawać je analizie i przetwarzaniu. Doświadczenia z wdrożonych systemów nadzoru pokazują, że archiwum miesięczne danych dla typowej dużej instalacji (np. kotła, turbiny, odsiarczania) zajmuje kilkanaście MB. Przy dyskach o dużej pojemności daje to możliwość dostępu bezpośredniego do wieloletniego archiwum.

Dane obiektowe na stacji KE mogą być przetwarzane bezpośrednio w środowisku programu asix (za pomocą modułów raporter, panel dialogowy, trendy), za pomocą programów użytkowych środowiska Windows jak np. arkusz kalkulacyjny, baza danych, edytor (np. MS OFFICE) czy też programami własnymi np. w VISUAL BASIC. Dzięki wyposażeniu pakietu asix w moduł serwera danych OPC/DDE/OLE2 (ASIX-CONNECT) programy środowiska Windows za pośrednictwem standardowych protokółów mają dostęp on-line do bazy danych procesowych - bieżących i archiwalnych - systemu asix na tym samym komputerze lub zdalnie poprzez sieć Ethernet.

Serwer danych procesowych

Otwarcie systemu operatorskiego na komputerową sieć zakładową jest realizowane za pośrednictwem serwera danych procesowych w warstwie zarządzania, który z jednej strony posiada przyłącze do sieci informacyjnej Ethernet, z drugiej zaś niezależne przyłącze do komputerowej sieci zakładowej. Zakładowy serwer danych procesowych uzyskuje cyklicznie wszystkie dane procesowe z serwerów operatorskich i aktywnie buduje bazę danych bieżących, archiwalnych oraz dzienniki alarmów i zdarzeń, aby obsłużyć docierające do niego ze stacji roboczych w sieci zakładowej asynchroniczne zlecenia dostępu do danych bieżących, archiwalnych, historii alarmów, zdarzeń, raportów itp. bez "absorbowania" stacji operatorskich.

Segment Ethernet stacji operatorskich jest w ten sposób odseparowany od sieci zakładowej, dzięki czemu potencjalnie duży ruch telegramów na tej sieci nie przenosi się do nastawni. Rozwiązanie takie zapewnia szybki dostęp do danych procesowych a jednocześnie chroni stacje operatorskie przed usterkami sieci zakładowej, ogranicza ruch danych w segmencie sieci stacji operatorskich i zabezpiecza je przed nadmiernym obciążeniem zleceniami dostępu.

W przypadku niedużej liczby stacji roboczych w sieci zakładowej wymagających dostępu do danych procesowych, rolę serwera danych może przejąć wybrany serwer operatorski wyposażony w dodatkową kartę sieci Ethernet.

Stacje robocze

Stacje robocze w sieci zakładowej wyposażone w pakiet wizualizacji asix dla Windows uzyskują w opisany wyżej sposób pełny dostęp on-line do danych bieżących, archiwum przebiegów o jednosekundowej rozdzielczości, dziennika alarmów i zdarzeń oraz raportów. Posiadając pełną informację o procesie - mogą pełnić rolę oddalonych stacji operatorskich (z zablokowaną możliwością sterowania), stacji kontroli eksploatacji, stanowisk przetwarzania i analizy danych dla zarządzania procesami, optymalizacji procesów, nadzoru i kontroli, gospodarki remontowej, itd. Funkcje tych stacji zależą tylko od ich własnego oprogramowania użytkowego, zaś serwer danych procesowych udostępnia dane, nie ograniczając możliwości ich przetwarzania, analizy i prezentacji.

Stacje robocze wyposażone w program serwera danych OPC/DDE/OLE2 - ASIX Connect, o wydajnej komunikacji po sieci Ethernet, udostępniają bazę danych procesowych dla środowiska programowego Windows w oparciu o standardowe protokoły OPC , DDE lub OLE2 Automation. Zapewniają one dostęp odczytu i zapisu wartości bieżących, odczyt danych archiwalnych oraz dziennika zdarzeń. Tą drogą prezentacja wartości chwilowych oraz przetwarzanie danych historycznych może mieć miejsce narzędziami arkusza kalkulacyjnego MS Excel , bazy danych Access , czy innymi programami Windows.

PC Gateway

Opisany system jest również otwarty na łączenie się z systemami nadzoru innych dostawców. Udostępnianie danych procesowych wg standardowego protokołu OPC/DDE/OLE2 jest pierwszą możliwością. Większą przepustowość wymiany uzyskać można rozbudowując serwer danych procesowych w warstwie zarządzania o dedykowane funkcje GATEWAY wg wymaganego protokołu zewnętrznego systemu, np. w oparciu o standard RPC.

Rozwiązania systemów automatyki wg standardu ASKOM są przykładem zacierania się granicy pomiędzy systemami klasy PLC/SCADA a systemami DCS.
 

do góry

 © ASKOM  01.2002, MKo