Лабораторная работа №9. Автоматизированное                       проектирование вычислительной системы с использованием            инструментальных средств класса SCADA - « Trace Mode 6.0»

Цель работы: получить общее представление  о возможностях SCADA-систем для построения систем контроля и управления с использованием интегрированной среды «Trace Mode 6.0»

 

Теоретическая часть

Для автоматизации управления технологическими процессами на базе средств вычислительной техники используются SCADA-системы. Понятие «SCADA» обычно относится к централизованным системам контроля и управления технологическими объектами, расположенными на большой территории.  Современные SCADA-системы состоят из трех основных структурных элементов:

- Remote Terminal Unit (RTU), удаленный терминал, осуществляющий первостепенные задачи управления в режиме реального времени;

- Master Terminal Unit (MTU), диспетчерский пункт управления, осуществляющий контроль и управление высокого уровня, на основе данных, полученных от RTU;

- Communication System (CS), коммуникационная система (каналы связи), необходимая для передачи данных с удаленных точек (объектов, терминалов) на центральный пульт оператора-диспетчера и передачи сигналов управления на RTU

SCADA–системы осуществляют сбор информации о технологических параметрах,  сохранение информации в архивах, графическое представление технологического процесса, оповещение персонала об аварийных ситуациях на производстве,  автоматическое управление ходом технологического процесса и ряд других.

Процедуры сбор данных начинаются в RTU и включает в себя: регистрацию показаний измерительных  приборов и составление отчетов об отказе оборудования. Далее данные собираются и форматируются таким способом, чтобы оператор диспетчерской, используя человеко-машинный интерфейс, мог принять управляющие  решения.

Для знакомства с системой SCADA выбрана интегрированная среда разработки «Trace Mode 6.0», возможности которой характерны для большинства современных подобных систем и которая имеет мощные средства для создания распределенных иерархических АСУТП.

Trace Mode (произносится «Трэ́йс мо́уд» или «Трэ́йс мо́д») — инструментальный программный комплекс класса SCADAHMI, разработан компанией AdAstra Research Group в Москве в 1992 году. Комплекс предназначен для разработки программного обеспечения АСУТП, систем телемеханики, автоматизации зданий, систем учёта электроэнергии (АСКУЭ, АИИС КУЭ), воды, газа, тепла, а также для обеспечения их функционирования в реальном времени. Начиная с версии 4.20 (1995 г.) Trace Mode обладает функциями для программирования промышленных контроллеров [10.2.3].

Trace Mode 6.0 имеет встроенные бесплатные драйверы к более чем 1600 контроллерам и платам ввода/вывода, свыше 600 анимационных объектов, более 150 алгоритмов обработки данных и управления, комплексные технологические объекты [10.2.2]. Все это позволяет разрабатывать АСУТП для различных областей промышленности.

Основными  понятиями для среды разработки Trace Mode являются:

 - проект — математические и графические элементы системы, которые функционируют на различных операторских станциях и контроллерах, входящих в одну АСУ ТП и объединенных информационными связями и системой архивирования;

- узел — любое устройство в рассматриваемом проекте на котором запущено программное обеспечение Trace Mode. Узлом может быть как станция оператора, так и микроконтроллер, осуществляющий сбор информации или управляющий технологическим процессом;

- канал — информационная структура, которая включает в себя переменные, константы, методы формирования и преобразования значений переменных.

Обмен данными между всеми узлами системы производится при помощи каналов. Каналы делятся на входные (IN) и выходные (OUT). Входной канал получает значение от внешних источников (от микроконтроллера, платы ввода/вывода, к примеру) или от системной переменной (длина архива к примеру).

Данные из внешних устройств записываются в каналы. Данные из каналов посылаются на внешние устройства. В каналы оператор заносит управляющие сигналы. Значения из каналов записываются в архивы, операторские отчеты и т.п. В каналах осуществляется преобразование данных. Меняя значения на системных каналах, можно управлять выводимой на экран информацией, звуковыми сигналами и т.д., т.е. всей системой [10.2.2].

 

Постановка задачи

1. Необходимо разработать проект «АРМ диспетчера», контролирующего удаленно один параметр от RTU. АРМ диспетчера и удаленный терминал расположены в разных зданиях. В качестве канала связи используется локальная сеть;

2. Сделать по работе выводы и составить отчет;

3. Ответить на контрольные вопросы.

В таблице 9.1 представлены варианты заданий на лабораторную работу.

 

Таблица 9.1 – Варианты заданий

Задание     Вариант	Код параметра				Код вида прибора индикации		Код типа сигнала				Диапазон сигнала
	1	2	3	4	1	2	1	2	3	4	min	max
1	+				+		+				-20	20
2	+				+			+			-25	25
3	+				+				+		-30	35
4	+					+				+	-40	40
5	+					+	+				-45	45
6	+					+		+			-50	55
7		+			+				+		-60	60
8		+			+					+	-65	65
9		+			+		+				-20	20
10		+				+		+			-25	25
11		+				+			+		-30	35
12		+				+				+	-40	40
13			+		+		+				-45	45
14			+		+			+			-50	55
Продолжение таблицы 9.1
Задание     Вариант	Код параметра				Код вида прибора индикации		Код типа сигнала				Диапазон сигнала
	1	2	3	4		1	2	3	4		1	2
15			+		+				+		-60	60
16			+			+				+	-65	65
17			+			+	+				-20	20
18			+			+		+			-25	25
19				+	+				+		-30	35
20				+	+					+	-40	40

 

Таблица 9.2 - Таблица расшифровки кодов задания

Код	Параметр	Вид прибора индикации	Тип сигнала
1	Давление	Ползунок	Синусоидальный
2	Температура	Стрелочный прибор	Треугольник
3	Скорость		Пила
4	Частота		Случайный

Порядок выполнения работы

1. Создайте новый проект командой «Новый» из меню «Файл». В открывшемся диалоговом окне выберите стиль разработки «Комплексный»;

2. Выберите раздел «Топология». Создайте, нажатием ПК мыши, группу «Объект», а в ней две группы – «Здание_1» и «Здание_2»;

3. Создайте в объекте «Здание_1» канал класса «FLOAT». Перейдите в режим редактирования и установите галочку «Использовать» в разделе «Граница». Выставьте произвольные пороговые значения с учетом диапазона сигнала из таблицы 9.1. Нажмите кнопку «Архивация» и выставьте галочку «Отчет Тревог»;

4. Создайте графический экран узла АРМ. Для этого в разделе «Шаблоны_экран» создайте компонент «Экран». Разместите на верхнем левом углу статический текст, соответствующий параметру из таблицы 9.1 согласно варианту, нажав на кнопку графического элемента «Текст» ;

5.  Создайте динамический текст для индикации значения канала. Для этого разместите графический элемент (ГЭ) «Текст» справа от предыдущей надписи и откройте свойства этого ГЭ. Двойным щелчком ЛК на строке «Текст» откройте меню «Вид индикации». В правом поле строки щелчком ЛК вызовите список доступных типов динамики атрибута и из всех предлагаемых типов выберите «Значение »;

6. Выполните привязку ГЭ «Текст» к аргументу экрана. Для этого выполните щелчок ЛК в правом поле строки «Привязка». В открывшемся окне нажатием кнопки INS создайте аргумент шаблона экрана. Измените имя аргумента (должен соответствовать параметру из таблицы 9.1 согласно варианту);

7. Разместите на экране для отображения аргумента ползунок или стрелочный прибор (в зависимости от варианта). Для этого на панели графического редактора нажмите иконку  и выберите из появившегося меню иконку стрелочного прибора или ползунка. Перейдя в режим редактирования свойств прибора, щелчком ЛК на экранной кнопке «Основная привязка » откройте окно табличного редактора аргументов шаблона экрана и выберите ранее созданный аргумент. Для элемента «стрелочный прибор» измените заголовок на значение, которое было установлено у первого ГЭ «Текст». Зайдите в свойство «Полоса» двойным щелчком ЛК и измените верхний и нижний пределы шкалы в соответствии со значениями диапазона сигнала из таблицы 9.1;

8. Откройте вкладку «Источники/Приемники» и ПК создайте в нем группу компонентов «Генераторы». В группе «Генераторы_1» через ПК создайте компоненту сигнала согласно варианту из таблицы 9.1;

9. Создайте в объекте «Здание_2» канал класса «FLOAT». Перейдите в режим редактирования и установите галочки «Использовать» и «Масштабирование» в разделе обработка. В поля «Max» и «Min» входных данных IN введите значения 100 и 0 соответственно. В поля «Max» и «Min» выходных данных A установите значения диапазона сигнала из таблицы 9.1. Нажмите кнопку рассчитать;

10.    Откройте дополнительное окно навигатора, нажав ЛК на иконке . В первом окне выделите «Здание_2», а во втором – группу «Генераторы». Перетащите соответствующий источник на «канал_2». Аналогично создайте связь «Канал_2» - «Канал_1»;

11. В разделе «Система» создайте узел «RTM», который представляет собой компьютер диспетчера. В режиме редактирования узла «RTM_1» введите IP-адрес компьютера диспетчера, установите галочки «Прием» и «Посылка» в разделе «Адаптеры». На вкладке «Отчет тревог/Дамп/Параметры» введите имя файла для сохранения отчета тревог, установите количество записей и состояние в значение «True»;

12. В разделе «Система» создайте узел «MicroRTM», который представляет собой компьютер, генерирующий данные. В режиме редактирования узла «MicorRTM_1» введите IP-адрес компьютера, установите галочки «Прием» и «Посылка» в разделе «Адаптеры»;

13. Распределите каналы по узлам. Для этого перетащите группы здания из раздела «Топология» в соответствующие узлы: «Здание_1» в «RTM_1», а «Здание_2» в «MicroRTM_2»;

14. Перетащите экран из «Шаблоны экрана» в группу каналов «Здание_1» узла «RTM_1».  Выделите объект «Экран_1» и откройте его свойства. Перейдите на вкладку «Аргументы» и выберите параметр. Дважды щелкните ЛК мыши в поле привязка и выберите «Реальное значение» канала «Канал_1»;

15. Сохраните проект в отдельной папке. Выполните команду «Сохранить для МРВ». В результате в папке проекта появятся две поддиректории: RTM_1 и MicroRTM_2;

16. Скопируйте папки RTM_1 и MicroRTM_2 на соответствующие компьютеры;

17. Загрузите на компьютере 2 профайлер без поддержки отображения графических экранов оператора (rtmg32.exe), откройте в нем файл *.rtp из скопированной папки MicroRTM_2 и запустите пересчет каналов;

18. На компьютере 1 загрузите профайлер с поддержкой отображения графических экранов оператора (rtc.exe), откройте в нем файл *.dbb из папки RTM_1 и запустите пересчет каналов. В рабочем поле оболочки отобразится экран оператора.

                            а)                                                    б)

а) – компьютер диспетчера; б)- компьютер, имитирующий работу RTU

Рисунок 9.1 – Экранные формы программ моделирования работы АРМ диспетчера

 

Пример результата выполнения представлен на рисунке 9.1

 

9.4 Контрольные вопросы

1. Поясните понятие SCADA-системы.

2. Назовите достоинства способа разработки АСУТП с использованием инструментальных средств SCADA-систем.

3. Назовите основные функции SCADA-систем.

4. Назовите основные элементы среды разработки системы «Trace Mode 6.0»

5. Поясните понятие «канал в системе «Trace Mode 6.0».

 

Литература, рекомендуемая для изучения тем

10.1 Основная литература

1. Аралбаев, Т.З. Построение адаптивных систем мониторинга и диагностирования сложных промышленных объектов на основе принципов самоорганизации/Т.З. Аралбаев. – Уфа: Гилем, 2003.-248 с.

2. Аралбаев, Т.З. Структурно-параметрический и структурно-топологический синтез распределенных систем контроля и управления объектами нефтегазодобычи/ Т.З. Аралбаев, Галимов Р.Р. - Уфа: Гилем, 2010.-144 с.

3. Бройдо, В.Л. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации/         В.Л. Бройдо. –М.; Спб.: Питер, 2006. –688 с.

4.  Гамбаров, Г.М.Статистическое моделирование и прогнозирование/ Под ред. А.Г. Гранберга.- Н.М. Журавель, Ю.Г. Королев и др. - М.: Финансы и статистика, 1990. -384 c.

5.  Дьяконов, В.П. MathCAD – 8/2000:Справочник/ В.П. Дьяконов.–               С-Петербург: Питер, 2001. – 592 с.

6. Смирнова, Г.Н. Проектирование экономических информационных систем/ Г.Н. Смирнова, Ю.Ф. Тельнов. –М.: Финансы и статистика, 2003. -512 с.

 

10.2 Дополнительная литература

1. Социально-экономическое положение Оренбургской области. - Оренбург: Госкомстат России, Оренбургский областной комитет государственной статистики, 1999. – 227 с.

2. Пьявченко, Т.А. Проектирование АСУТП в SCADA-системе: учебное пособие / А.Т. Пьявченко. – Таганрог, 2007. – 78 с.

3. Trace mode. Материал из Википедии – свободной энциклопедии. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/Trace_mode

4. Горюнов, А.Г. Архитектура микроконтроллера intel 8051: учеб. пособие./   А.Г. Горюнов, С.Н. Ливенцов. Томск: Изд-во ТПУ, 2005. - 86 с.

Приложение А

(обязательное)

Листинг программы

Name Lr2

; указание адресов регистров специальных назначений

SV EQU      7h

DPP EQU 84h

T2CON EQU 0xC8

TF2 BIT  0xCF;

EXF2 BIT 0xCE;

RCLK BIT 0xCD;

TCLK BIT 0xCC;

XEN BIT 0xCB;

TR2 BIT 0xCA;

CNT2 BIT 0xC9;

CAP2 BIT 0xC8;

RCAP2L      EQU   0xCA;

RCAP2H EQU 0xCB;

ET2 BIT 0xAD;

CSEG AT 0h

jmp START ; переход на начало программы

; ниже приведенные директива и команда используются только при отладке, так как по адресу 02Bh

;не может быть размещена пользовательская про;грамма в стенде

ORG 02Bh; по адресу 02Bh должен находится обработчик прерывания таймера 2 

jmp Timer2; переход на обработчик, который размещен в пользовательской области памяти

ORG 202Bh

jmp Timer2

ORG 2100h

START:

       mov r3,#0; инициализация значения счетчика

       mov r7,#0

CLR RCLK  ;устанавливаем 16-битный режим

       CLR TCLK  ; с автоперезагрузкой для таймера 2

       CLR CAP2

       CLR TR2

       mov Rcap2h,#0x3c             ; помещаем значение 15536

       MOV RCAP2L,#0xB0; в регистры RCAP2h и RCAP2l

       SETB EA    ;разрешаем прерывания от таймера2

       SETB ET2

       SETB TR2  ; запускаем таймер2

cycle:  

       inc r3; увеличиваем значение регистра r3 и

Call WriteSvet; выводим на светодиоды

     cycle2:CJNE r7,#20,cycle2;ожидаем пока таймер 2 переполнится 20 раз, что будет соответствовать 1 с

       mov r7,#0

       jmp cycle

Timer2:; обработчик прерывания таймера 2

       inc r7

       CLR TF2; необходимо сбрасывать флаг переполнения TF 2

       reti

WriteSvet:             ; процедура

       mov r0,DPP

       mov DPP,#8

       mov r1,#sv

       mov a,r3

       mov dph,#0

       movx @r1,a

       mov DPP,r0

       Ret

END