1373

–что информационно-математическое обеспечение АСУТП в основном состоит из математической модели управления и

программного обеспечения ЭВМ.

Общее информационное обеспечение АСУТП. В процессе управления часто возникают непредвиденные ситуации, которые требуют быстродействия. А для этого необходимо иметь четкую постоянную информацию о процессе. Ее нужно снять, зарегистрировать, переработать и выдать исполнителю.

Следовательно, ИО АСУТП рассматривает следующие основные вопросы.

–Классификация и систематизация информации, необходимой для управления.

–Выявление, измерение, сбор, регистрация и хранение информации, создание интеллектуальных информационных банков и т.д.

–Передача информации.

–Автоматизированные рабочие места (сортировка, группировка, отбор, поиск и пр.)

Из состава информационного обеспечения можно выделить так называемую информационную модель, представляющую собой технологию движения информации от источника до исполнительного устройства, а также обратную связь и т.д.

Информационная модель с добавлением информационной базы образуют ИО.

Формирование информационных потоков в АСУТП.

Процесс формирования и преобразование информационных потоков образуют круговорот информации, как показано на схеме

Рис. 9.2. Формирование информационных потоков в АСУТП

Движение потоков информации непрерывно, состоит из 4х этапов: объект - датчики - регулятор - исполнительное устройство - объект.

Информационная модель

Под информационной моделью понимают состав и структуру информационных потоков в АСУТП. Для построения информационной модели необходимо специальное изучение объектов системы управления, а именно:

Исследование существующей системы получения информации. Выявление формальных процессов обработки информации. Описание технологического процесса движения информации. Состав и анализ классификации информации. Составление информационной модели для существующих условий.

При небольшом количестве информации можно изучать траекторию каждого обобщения, а если информации много,

целесообразно создавать Автоматические рабочие места для потоков каждого звена АСУТП.

10. ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ АСУТП НА ПРИМЕРЕ ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩЕГО КОМПЛЕКСА

Оперативный информационно-управляющий комплекс (ОИУК) предназначен для построения автоматизированных систем диспетчерского управления (АСДУ) энергосистем, АСУ ТП предприятий электрических сетей, АСУ ТП электростанций в части электротехнического оборудования и узлов выдачи тепловой энергии и АСДУ районов распределительных электрических и тепловых сетей. ОИУК строится на базе вычислительных систем с использованием Intel - ориентированных компьютеров, стандартных локальных вычислительных сетей (ЛВС), групповых телекоммуникационных узлов или аппаратуры КП кодоимпульсных систем телемеханики (ТМ-120, ТМ-320, ТМ-322, ТМ-512, ТРС-1, МКТ-1(2,3), ТМ-800А(В), Гранит, АИСТ-РС, УВТК-УН, ПТК-ТЛС, и др.) и проектно - компонуемых контроллеров .

Для оперативного управления разработаны станции оперирования (диспетчера технологии и энергоснабжения, ведомостей сообщений диспетчеров, инженера АСУ, сигнализации, вычислений, конфигурирования и диагностики), которые выполнены в виде

могут реализовываться как на базе отечественной комплектации (производство ПО "Комета", г. Новосибирск), так и импортной

(Octagon, Grayhill, Computer products. Phoenix, Bopla).

Для реализации коммерческого учѐт расхода и потребления тепловой энергии в состав ПТК "СПРУТ" включаются вычислители тепловой энергии МТВ - 2 и архиваторы. Контроллер ячейки (КЯ) подключается непосредственно к

вторичным обмоткам трансформаторов тока и напряжения трѐх фаз. воспринимает 46 сигналов типа "сухой контакт" и формирует сигналы управления на включение и отключение, обеспечивая срабатывание двух реле типа РП23 (РП25) напряжением 220 В постоянного (переменного) тока. Обработанная аналоговая и дискретная информация в цифровом виде передаѐтся в контроллер объектный (КО) либо по ЛВС "нижнего" уровня, либо по каналам ввода-вывода RS-232C. Для реализации коммерческого учѐта электроэнергии в КЯ предусмотрены каналы ввода импульсных сигналов от индукционных счѐтчиков электрической энергии с активными или пассивными телеметрическими каналами. Возможен ввод информации со счѐтчиков ABB по каналам типа "токовая петля".

•импульсные сигналы от индукционных счетчиков электрической энергии с активным или пассивным телеметрическим каналом

4

•дискретные потенциальные сигналы 220 В постоянного тока 46

•число каналов ввода/вывода типа "токовая петля"

4(8)

• число каналов для подключения к ЛВС "нижнего" уровня

2

•предусмотрены входы типа "токовая петля" для подключения контроллера щита и контроллера собственных нужд подстанции

220/110кВ.

•питание КЯ осуществляется от 2-х трехфазных фидеров с аккумуляторной поддержкой напряжением 220 В постоянного тока

3х220 В

КЯ содержит местную панель управления и индикаторное табло. Конструктивно КЯ выполнен в виде пылевлагозащищѐнного каркаса размерами 600 х 500 х 220 мм, в котором размещаются

проектнокомпонуемый программируемый контроллер (ПК), блок фильтров низких частот, модемы, источники питания и клеммники.

Структурная схема ПК приведена на рис. 10.1. Каркас может использоваться либо автономно, либо комплектоваться в специально разработанные стопки. В стойке размещается до трѐх каркасов, размер стойки 2200 х 800 х 600 мм. Выносные преобразователи размещаются в релейных отсеках ячеек и соединяются с каркасом двухпроводными линиями.

Контроллер объектный (КО) выполняет следующие функции:

–Сбор аналоговой и дискретной информации от КЯ.

–Сбор аналоговой и дискретной информации от присоединений не оборудованных КЯ.

–Вычисление регистрируемых параметров, накопление информации (многотарифный учѐт электроэнергии, учѐт расходов теплоносителей и др.).

–Поддержка местной панели управления и индикаторного табло, а также переносного пульта, в качестве которого используется стандартный переносной компьютер (типа Notebook).

–Передачу аналоговой и дискретной информации в ЛВС "нижнего" уровня или в диспетчерский пункт по телекоммуникационному каналу связи. В последнем случае КО комплектуется соответствующим модемом.

•по телеметрическому каналу со скоростью передачи информации не менее 100 бод, либо по телефонному каналу через модем;

•общее количество входных сигнален КО:

• импульсные cm палы от индукционных счетчиков электрической

• питание КО осуществляется от 2-х трехфазных фидеров напряжением 3х220 В переменного тока частотой 50 Гц без аккумуляторной поддержки.

К КО по каналам ввода/вывода может производиться подключение архиваторов узлов учѐта выдачи теплоносителей и счѐтчиков электроэнергии.

Базовые комплекты КО и КЯ могут изменяться и дополняться специальными выносными концентраторами дискретных сигналов (КДС), которые обеспечиваю реализацию распределѐнной системы сбора и управления для крупных объектов (ОРУ электростанций, подстанции свыше 1 10 кВ и т.п.). Связь КДС с контроллерами осуществляется посредством канала ввода/вывода типа "токовая петля" по радиальному принципу. КДС обеспечивает ввод 16-ти дискретных сигналов постоянного или переменного тока напряжением 220 В и формирование 16-ти выходных сигналов, обеспечивающих срабатывание реле напряжением 220 В или питание катушек электромагнитных замков блокировок заземляющих ножей. Контроллеры щита и собственных нужд являются проектно-компонуемыми изделиями и поставка их осуществляется по отдельным заказам.

ОИУК, реализованный на ПТК "СПРУТ", имеет следующие основные показатели назначения:

–Цикл обновления измеряемых и вычисляемых параметров

–Интервал регистрации аналоговых сигналов в режиме

–Задержка с момента вызова измеряемого параметра на

–Задержка передачи команд управления с функциональной

–Предельное отклонение времени регистрации дискретных

–Класс точности ПТК для нормального режима не хуже 1.0.

–Класс точности ПТК при регистрации аварийных параметров при кратности перегрузки аварийного тока более 16

–Среднее время наработки на отказ в расчѐте на один

Программное обеспечение

Программное обеспечение АСУТ11 включает в себя:

•общее (базовое) программное обеспечение:

•специальное (прикладное) программное обеспечение;

•инструментальное программное обеспечение.

Общее и специальное программное обеспечение в штатном режиме функционируют совместно.

Общее (базовое) программное обеспечение

Общее программное обеспечение разрабатывается вне связи с конкретным объектом АСУТП. Оно представляет собой среду исполнения специального программного обеспечения и обеспечивает:

•функционирование технических средств ПТК с обеспечением заданных требований по отказоустойчивости;

•исполнение прикладных программ, реализующих функции АСУТП;

•требуемый интерфейс АСУТП с персоналом;

•тестирование н диагностику технических и программных средств;

• работу ПТК АСУТП в различных режимах: пуск, штатный, останов, ремонт.

Общее программное обеспечение состоит из:

1.сетевой операционной системы реального времени;

2.интерфейсной подсистемы;

3.программного обеспечения распределенной базы данных;

4.телекоммуникационного программного обеспечения.

Сетевая операционная система реального времени

Основная задача сетевой операционной системы реального времени - автоматическое управление исполнением системных н управляющих программ в локальных вычислительных сетях ПТК в режиме реального времени. В качестве ОС РВ используется ОС QNX 4.2X.

Для решения основной задачи сетевая ОС РВ обеспечивает на технических средствах ПТК выполнение следующих функций:

•первоначальную загрузку при включении вычислительного оборудования:

•проверку исправности вычислительного и сетевого оборудования при запуске и в процессе работы;

•работу ЛВС;

•поддержку восстановления работоспособности ПТК при сбоях и отказах в программах и оборудовании;

•поддержку резервирования программируемых контроллеров, процессовых станций и станций оперирования;

•поддержку режима резервирования для среды передачи ЛВС;

•реализацию операций ввода/выводя:

•обработку прерываний, событий;

•распределение времени процессора с учетом приоритетов программ;

•обмен сообщениями н сигналами между программами;

•поддержку приоритетен сообщений:

•защиту программ друг от друга при функционировании.

Сетевая ОС РВ в режиме оперативного конфигурирования поддерживает модификацию и ввод в работу новых управляющих программ в пределах предусмотренного 15% резерва вычислительного ресурса.

Сетевая ОС РВ также:

• обеспечивает точечный и групповой обмен сообщениями и

сигналами между программами;

•поддерживает семиуровневую архитектуру взаимосвязи открытых систем (OSI) и реализует прикладной и канальный уровни;

•регистрирует сбои и отказы вычислительного оборудования для последующей выдачи итоговых отчетов.

Интерфейсная подсистема

Основная функция интерфейсной подсистемы - формирование изображений (видеокадров) и сообщений (как по запросам обслуживающего персонала, так и по инициативе системы) и ввод команд персонала. Интерфейсная подсистема, функционирующая на станциях оперирования, обеспечивает:

•контролируемым вход персонала в систему и выбор требуемого рабочего места;

•отображение течения технологического процесса в виде мнемосхем, немограмм, графиков, гистограмм, таблиц, технологических сообщений

иведомостей;

•ввод команд персоналом с помощью клавиатуры;

•быструю оценку состояния технологического оборудования с

помощью оперативного меню;

• вызов объектов на управление и получение информации с помощью системы общих меню;

•технологическую сигнализацию;

•протоколирование действий персонала;

•получение твердых цветных копий экрана;

•квитирование технологических сообщений;

•пересмену и выход персонала из системы.

Интерфейсная подсистема, функционирующая на станции вычислений обеспечивает:

•контролируемый вход персонала в систему и выбор требуемого рабочего места;

•составление расписания работы неоперативных прикладных задач;

•ручной ввод и вывод из работы неоперативных задач;

•отображение результатов решения неоперативных задач;

•отображение результатов проверки работы оборудования;

•получение сводных показателей;

•графический и текстовый интерфейс персонала;

•протоколирование действий персонала.

Программное обеспечение распределенной базы данных

Программное обеспечение распределенной базы данных представляет собой распределенный комплекс, обеспечивающий набор операции над БД, достаточный для реализации информационных потребностей других компонентов НТК и персонала АСУТП.

Все базы данных, используемые в ДСУТП, подразделяются на две группы:

–Базы данных состоянии объекта, в которую входят:

•значения аналоговых, дискретных и расчетных параметров – как мгновенные, так и исторические;

•протоколы действии персонала и протоколы событий (в том числе, сообщений).

–Базы данных сообщении оператора.

При пуске, штатной работе и останове ПТК программное обеспечение распределенной базы данных обеспечивает:

•создание отдельных экземпляров структур данных ранее описанных типов;

•заполнение структур данных об изменяющемся во времени

состоянии технологических объектов управления;

•доступ к данным (поиск, чтение и формирование массивов данных) по запросам от других компонентов АСУТП и персонала;

•преобразование хранимых данных в другие поддерживаемые типы данных;

•контроль полномочий и предотвращение несанкционированных изменений в объектах распределенной БД;

•аварийное восстановление объектов распределенной БД;

•выдачу отчетов в согласованной номенклатуре.

Коммуникационное программное обеспечение

Коммуникационное программное обеспечение организует обмен данными между процессами (задачами) в локальных вычислительных соях АСУТП на нижнем и верхнем уровнях, а также взаимодействие

между этими уровнями. Схема коммуникаций приведена на рисунке. Соответственно такому функциональному разделению коммуникационное обеспечение состоит из сетевого и телекоммуникационного программного обеспечения.

Локальные вычислительные сети реализованы операционной системой QNX. Физический уровень ЛВС-ARCNET.

Телекоммуникационное программное обеспечение организует передачу данных по региональной сети. Основу телекоммуникационного программного обеспечения составляет программный пакет, реализующий стандартные протоколы TCP/IP. На маршрутизаторах нижнего и верхнего уровней функции TCP/IP выполняются в среде ОС

QNX..

Кроме обмена данными между подсистемами АСУТП телекоммуникационное ПО поддерживает работу следующих служб:

•удаленного терминала;

•передачи файлов:

•взаимодействия прикладных систем;

•электронной почты.

Рис. 10.2. Схема коммуникаций

Специальное (прикладное) программное обеспечение

Прикладное программное обеспечение разрабатывается специально для АСУТП конкретного объекта. Оно создается с использованием средств инструментального программного обеспечения.

Прикладное ПО функционирует в среде, поддерживаемой общим ПО, и использует интерфейсы доступа к распределение!"! базе данных мгновенных значений. Прикладное ПО подразделяется на следующие классы задач и соответствующие им программные подсистемы:

–информационные задачи: первичная обработка;

•вычисление расчетных аналоговых и дискретных параметров;

•оперативный контроль;

•предупредительная и аварийная сигнализация;

–управляющие задачи:

•дистанционное управление;

•программно-логическое управление;

•технологические защиты и противоаварийные блокировки;

–расчетные задачи:

•регистрация аварийных событий;

•анализ действия защит;

•расчет технико-экономических показателей;

•расчет экологических показателей работы оборудования;

•коммерческий учет;

•расчет метрологических характеристик измерительных каналов;

–диагностические задачи:

•диагностика состояния средств ПТК и других средств автоматизации;

–организационно-обслуживающие задачи:

•ведение баз данных;

•калибровка измерительных каналов;

–задачи связи с другими системами.

Загрузка модулей прикладного ПО в конкретные программируемые контроллеры или процессовые станции производится по усмотрению программиста. Как правило, в программируемых контроллерах выполняются простые задачи (первичная обработка, простые регуляторы). В процессовых станциях выполняются сложные задачи (логическое управления) или задачи, в которых участвуют несколько

программируемых контроллеров.

Инструментальное программное обеспечение

Инструментальное программное обеспечение представляет собой среду (инструмент) разработки специального программного обеспечения и представляет собой:

•языки технологического программирования;

•языки программирования (С, C++ и т.п.);

•текстовые редакторы (ed,ed200 и т.п.):

•компиляторы, отладчики языков программирования.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Предложенное пособие позволяет изучить построение систем управления, техническое, программное и информационное обеспечение АСУТП. Рассмотренный комплекс информационного обеспечения АСУТП на примере управления АСУТП (АСДУ) электрических сетей и подстанций иллюстрирует высокий технологический уровень автоматизации.

Данное пособие позволяет студентам специальности 210100 изучить дисциплину в полном объеме.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Стефани Е.П. Основы построения АСУТП. – М.: Энергоиздат. 1982. – 400с.

2.Макаров И.М. Работотехника и гибкие автоматизированные производства. – М.: Высшая школа.

1986. – 350с.

3.Строганов Р.П. Управляющие машины и их применение. – М.: Высшая школа. 1986. – 370с.

4.Бессекерский В.А., Изранцев В.В. Системы автоматического управления с микро-ЭВМ. – М.: Наука.

1987. – 405с.

5.Френкс Р. Математическое моделирование в химической технологии. – М.: Химия. 1971. – 290с.