Более простая и архаичная форма автоматизированного управления - это так называемое управление опорными значениями (setpoint control). ЭВМ рассчитывает опорные значения, которые затем передаются обычным аналоговым регуляторам В этом случае ЭВМ применяется только для вычислений, а не для измерений или генерации управляющих воздействий.

12.4.4. SCADA

Системы дистанционного мониторинга и управления обычно определяют общим названием SCADA (от Supervisory Control And Data Acquisition - Дистанционное управление и сбор данных). SCADA - это очень широкое понятие и может относиться как к достаточно простому устройству, реализованному на одном компьютере, так и к сложной, распределенной системе, включающей центр управления, периферийные устройства и систему связи. Идея SCADA включает применение совершенных средств отображения, накопления данных и дистанционного управления, чаще всего понимаемого как диспетчерское, т. е. "ручное" управление, но не включает процедур регулирования или управления; последние, однако, очень часто входят в поставляемые системы SCADA в качестве основных функций или в качестве функций по выбору заказчика.

12.4.5. Применение базы данных процесса для мониторинга и управления

Система управления среднего или большого размера имеет несколько сотен или тысяч точек взаимодействия с техническим процессом. Практически невозможно обработать всю соответствующую информацию с помощью программных модулей, написанных специально для каждой из этих точек. Вместо этого необходим систематический подход к обработке всех входных данных. Простое структурирование параметров процесса можно выполнить на основе записей, а для более сложных случаев необходимо применение аппарата полноценной базы данных с соответствующими методами доступа.

Для систематизации и уменьшения объема данных о процессе нужно рассмотреть природу соответствующей информации. Обычно это измеряемые величины или бинарные входные/выходные данные типа "включено/выключено" или "норма/авария". Благодаря регулярности такого представления входные данные можно обрабатывать универсальной программой сбора и интерпретации данных, которая работает на основе определенных параметров для каждого объекта. Параметры описания объектов хранятся в базе данных процесса, которая представляет собой центральный элемент программного обеспечения управляющей системы. Пример структуры базы данных процесса показан на рис. 12.4.

База данных для автоматического управления процессом содержит структуры для обработки следующей информации;

- параметры всех датчиков и исполнительных механизмов;

- параметры для расчета производных величин;

определение возможных событий и соответствующих им реакций управляющих воздействий;

таблица, содержащая управляющие воздействия как функции времени;

- параметры цифровых регу.тяторов.

ИНТЕРФЕЙС

ТЕХНИЧЕСКОГО

ПРОЦЕССА

ИНТЕРФЕЙС ОПЕРАТОРА

- программы

- данные

Рис. 12.4. Структура базы данных процесса реального времени и модули для доступа к данным

Программы для доступа к информации, хранящейся в базе данных, включают в числе прочего следующие подсистемы;

- ввод данных и интерфейс с базой данных;

~ ""ГисТолнитеТьны?"« «"" « «ходом управляющей

ЭВМ или исполнительных механизмов;

- отображение данных;

- интерфейс для ввода команд.

Развитые -:;TZ7n -™ параметров-описателей для

каждого объекта ввода/в оторые из этих описателей обязательны и ветре-

чаются в каждой реализации базы данных; остальные применяются только при определенных обстоятельствах.

Главные параметры - поля записей - для описания объектов приведены ниже (необходимо отметить, что терминология для обозначения одинаковых понятий в разных системах может не совпадать):

- код;

- название/описание;

- тип;

- адрес или физическая ссылка: канал/сообщение;

- класс события;

- класс аварии;

- интервал выборки;

- первичное (необработанное) значение;

- преобразованное значение;

- аварийное состояние.

Для преобразования первичной информации от объектов с аналоговыми сигналами в рабочие значения необходимы следующие дополнительные параметры:

- масштабные коэффициенты;

- единицы измерения;

- минимальное и максимальное значения;

а для величин в цифровом формате:

- текстовое описание состояния;

- условие выработки аварийного сигнала.

Запись в базе данных процесса для аналогового входа может иметь следующий вид:

Код используется для однозначной идентификации объекта; в базе данных он служи-как ключ и указатель соответствующей записи. Название (или описание) - это ясный г инемонический текст, который применяется для идентификации устройства при выводе ша печать и экран монитора. Тип показывает, является ли объект входом или выходом, и определяет характер информации - аналоговая, цифровая, счетчик и т. д. В примере тип AI показывает, что объект представляет собой аналоговый вход (AI - Analog Input).

Объект должен быть привязан к определенному входному каналу и позиции во входящих сообщениях от периферийных устройств. Адрес в рассмотренном примере может означать - канал #7, устройство #12, точка измерения #2.

Класс события показывает, инициирует ли рассматриваемый объект запуск некоторой автоматизированной функции при изменении значения, а класс аварии - должно ли некоторое состояние пониматься как аварийное. Класс аварии можно структурировать для индикации степени серьезности аварийной ситуации. Аварийные сообщения могут быть просто предупреждениями или могут указывать на нештатную ситуацию, требующую немедленного внимания и реакции; очевидно, что эти типы сообщений должны различаться.

В структуру записи, описывающей обработку входных данных (раздел 5.5.4), включаются такие параметры, как интервал выборки, масштабные коэффициенты, предельные и аварийные значения. Эти параметры необходимы для первичной обработки сигнала на уровне, максимально приближенном к датчикам и процессу; предварительная обработка должна выполняться сразу после выборки.

В случае упомянутого выше объекта с аналоговым входом масштабные коэффициенты для линейного преобразования от первичных данных к значению температуры следующие: а = О и 6 = 100/4095 = 0.0244. Предполагается, что аналоговая величина преобразуется в цифровую форму 12-разрядным АЦП, причем О соответствует О °С, а4095 - 100 °С. Таким образом, первичная входная величина 3228 преобразуется в 3228 • 0.0244 = 78.8 °С. Поскольку это выше, чем максимально допустимое значение 75°С, выдается сигнал аварийного состояния.

Для входной величины в цифровом формате (тип DI - Digital Input) некоторые параметры записи изменяются:

Имя поля Значение Комментарий

CODE КОЮ Код

DESCRIPTION PRIMARY Описание: насос первичного контура

CIRCUIT PUMP

TYPE DI Тип: цифровой ввод

ADDRESS #7.45.01 Адрес

EVENT CLASS О Класс события

ALARM CLASS О Класс аварий

SAMPLE (SEC) О Интервал выборки

RAW VALUE 1 Первичное значение

CONVERTED VALUE "ON" Преобразова иное значение

STATE=0 „" Текст для состояния О

STATE=1 Текст для состояния 1

ALARM GENERATION ф генерации аварийных сообщений

ALARM STATE Аварийное состояние

Для объекта, определенного как цифровой вход, состояния О и 1 связаны с текстовыми описаниями, например О = "OFF" и 1 = "ON" или О = "ОК" и 1 = "ALARM" Чтобы избежать неопределенности и облегчить программирование, генерация аварийного сигнала управляется не исходными значениями 0/L а преобразованными -"ON"/"OFF".

База данных процесса придает однородность и структуру хранимым данным. Датчики и исполнительные механизмы в системе управления процессом могут быть самых разнообразных типов. Температуры могут измеряться резистором с положительным температурным коэффициентом, термопарой и цифровым устройством. Соответственно, информация от датчиков может поступать к центральному процессору как в исходном формате, так и в виде пакетов данных, возможно, уже преобразованных к ASCII кодам. С помощью базы данных процесса каждое измеренное значение обрабатывается независимо и преобразуется к единой форме. Модули прикладных программ должны лишь обращаться к базе данных и не нуждаются в информации об особенностях датчиков и исполнительных механизмов. Замена одного датчика другим или же новой моделью не потребует перепрограммирования каких-либо модулей - достаточно введения новых управляющих параметров в базу данных. Обновление базы данных можно выполнять в оперативном режиме без отключения системы управления.

Абстрактное описание и отделения результатов измерений от методов, с помощью которых они получены, полезно, если некоторые характеристики этих величин могут меняться. При этом нет необходимости модифицировать программы или останавливать систему управления - достаточно всего лишь переопределить параметры преобразования, хранящиеся в базе данных.

12.4.6. Производные величины

Для любой системы управления идеальной является ситуация, когда все переменные состояния можно непосредственно измерить с помощью соответствующих датчиков. На практике часто бывает затруднительно или пр осто невозможно измерить некоторые из необходимых переменных, поэтому их приходится рассчитывать или оценивать на основе других данных. Нет датчиков для "энергии" или "коэффициента полезного действия", хотя эти величины имеют физическзтй смысл и часто необходимы практически.

Проблема оценки неизмеряемых переменных состояния была рассмотрена в разделе 3.5.2. Программное обеспечение системы управлени я должно вычислять производные переменные на основе тех, которые измеряются непосредственно. Как только поступают новые данные хотя бы для нескольких измеряемых величин, производные величины нужно пересчитать заново. Производные величины могут зависеть от дрУ гих производных величин. Принципы расчета переменных практически не отлича ются от используемых в электронных таблицах, в которые значение в каждой ячейке таблицы может сложным образом зависеть от значений в. других ячейках.

Важным типом производных переменных являются статистические данные, предназначенные для разных иерархических уровней у правления и мониторинга. Обобщенные пока.затели, например объем производства сза день, расход материалов, потребление энергии, необходимы для верхних уровней управления. Другие важны обобптенные показатели, например удельное потреблениае энергии на единицу про-

дукции или на станок, можно легко вычислить из интегральных величин. Эти показатели позволяют лучше оценить состояние производства, чем текущие необработанные данные от датчиков, и важны для анализа работы отдельных станков. Таким способом можно выявить, например, повышенное удельное потребление энергии каким-либо станком, которое указывает на определенные проблемы и которое иначе могло бы остаться незамеченным. Обобщенные данные и другие производные величины (показатели качества, эффективности и др.) можно выводить на печать в виде статистических таблиц.

12.4.7. Доступ к базе данных процесса, запросы и протоколы

Доступ к информации, содержащейся в базе данных, выполняется с помощью трех основных операций, которые могут комбинироваться, - выбора, проекции и сортировки. Строго говоря, эти операции формально определены лишь для реляционных баз данных, тем не менее их можно использовать и для баз данных другой структуры.

Выбор {selection) определяет операцию для извлечения из базы данных только записей, удовлетворяющих заданным критериям, например все записи, в которых значение поля "Код" начинается с буквы "А". Удобным свойством операции выбора является возможность комбинации критериев, например можно запросить выбрать все объекты типа цифрового входа с названием, начинающимся на букву "А", и расположенные в определенном месте.

Проекция {projection) - это список интересующих полей записи базы данных. Например, из записей базы данных, структура которых описана в разделе 12.4.5, можно спроецировать (выбрать) только "Код", "Описание", "Преобразованное значение" и "Единицы измерения" для отображения в табличной форме. Строка вывода будет иметь такой вид

Т439

PRIMARY CIRCUIT TEMP.IN = 78.8 °С

Сортировка {sorting) означает упорядочение выбранных записей в соответствии с каким-нибудь критерием, например алфавитным порядком кодов или возрастанием/убыванием значений некоторой величины, по типу устройства и т. д. Сортировка выполняется по одному или нескольким полям, выбранным в операции проецирования.

Сочетание трех основных операций порождает большое число вариантов обработки и анализа данных. Обычно база данных содержит слишком много информации, воспринимать и анализировать которую целиком невозможно, однако при наличии соответствующих инструментов можно извлечь любую необходимую Проблемно-ориентированную информацию. Операции доступа к базе данных и есть эти инструменты.

Операция по извлечению информации из базы данных называется запросом iquery). Существуют несколько языков запросов, но основные операции почти всегда похожи, а различия в синтаксисе не очень существенны. Вот пример запроса for all points with code = a*, b* and type = ai

oXrTd°by?od?° -s

18 Зак. 1021