TRACE MODE управляет производством

Современное производство не может обойтись без автоматизации. Системы автоматического управления технологическими процессами (АСУТП) повышают производительность труда, обеспечивают безопасность производства, увеличивают выход продукции, снижают процент брака, экономят ресурсы и позволяют на 10-15 лет продлить срок службы технологического оборудования. Но главное - АСУТП гарантируют качество выпускаемой продукции, а ведь именно оно определяет, насколько конкурентоспособным будет товар на рынке.

Преимущества АСУТП очевидны, однако эти системы весьма недешевы, так что далеко не все предприятия могут позволить себе подобную "роскошь".

Ведущие западные фирмы предлагают свои программно-технические средства по цене от 150 до 300 долл. (иногда до 1000 долл.) за вход/выход, т. е. автоматизация одного участка производства (оборудование плюс ПО) будет обходиться предприятию в 100 тыс. - 1 млн. долл. - значительная сумма, особенно если учесть, что число участков может составлять несколько десятков.

Как модернизировать производство и не потратить при этом целого состояния? Такая задача стоит перед каждым руководителем. В этой статье будет предложен один из путей ее решения с использованием SCADA-системы TRACE MODE.

TRACE MODE - инструмент разработки АСУТП

Система TRACE MODE, разработанная в 1992 г. российской фирмой AdAstra Research Group, Ltd (английское название программы связано с тем, что она продается также и за рубежом), представляет собой SCADA-систему (SCADA - сокращение от Supervisory Control And Data Acquisition - диспетчерское управление и сбор данных), т. е. инструмент разработки ПО для операторских рабочих станций (АРМ оператора-технолога).

Система вобрала в себя многие достижения российских высоких технологий как в области программирования, так и в сфере промышленной автоматизации. Некоторые технологии, используемые в TRACE MODE, являются инновационными и не имеют аналогов в других SCADA-системах. Таковы встроенные оригинальные алгоритмы обработки сигналов и управления, объемная векторная графика мнемосхем, единое сетевое время, система структурирования и тиражирования проектов, механизм playback, обеспечивающий графический просмотр архивов на рабочих местах руководителей. TRACE MODE-первая SCADA-система, в которой реализовано сквозное программирование, т. е. возможность решать задачи нижнего и верхнего уровня АСУ при помощи единого инструментария.

Все это позволяет создавать мощные современные распределенные АСУТП, работающие под управлением различных операционных систем, - от старой, испытанной MS-DOS до новейших Windows 95 и Windows NT - и решающие весь комплекс задач приема и обработки данных, организации автоматического управления и регулирования, ведения архивов и генерирования отчетов о ходе технологического процесса.

К настоящему времени в России и за рубежом установлено более 2500 копий TRACE MODE; система имеет сотни внедрений практически во всех отраслях промышленности. АСУТП на ее основе работают в энергетике, металлургии, нефтяной, газовой, химической промышленности, в коммунальном хозяйстве и в других отраслях (см. табл.). По числу внедрений в России TRACE MODE значительно опережает аналогичные зарубежные пакеты.

Таблица.
Отраслевой состав внедрений TRACE MODE в России.

Система позволяет создавать сложные АСУТП вообще без программирования - в специальных графических редакторах, использующих терминологию, привычную для инженера-технолога. Ряд сложных и трудоемких операций, которые обычно затрудняют разработку АСУ, TRACE MODE выполняет автоматически.

Так, в версию 4.20 встроена поддержка практически всех промышленных контроллеров, имеющихся на российском рынке. Это и традиционные отечественные "Ремиконты-110/120/130", "Ломиконты", "Ш/711"; и классические западные контроллеры Modicon, Allen Bradley, Siemens; и менее известные, но все равно широко применяемые Micro PC, ADAM, Klokner-Moeller, PEP; и современные высокотехнологичные российские разработки типа ПТК "КРУИЗ" и "ЭК-2000" и многие другие устройства. Вместо того чтобы писать и отлаживать драйвер, пользователь TRACE MODE просто выбирает требуемый протокол контроллера из меню. Настройка на нестандартные протоколы осуществляется при помощи драйвера, формат которого открыт и документирован.

Вторым камнем преткновения при разработке АСУ является организация математической обработки данных, поступающих с технологического объекта: приведение к единой шкале результатов измерений от разных датчиков, контроль достоверности измерений и т. д. TRACE MODE помогает преодолеть эти трудности. Объектно-ориентированный редактор базы каналов позволяет для каждого сигнала задать полнофункциональную обработку (такую как масштабирование, фильтрация, апертура и т. д. - в общей сложности поддерживается свыше 70 алгоритмов), позволяющую получить корректные результаты измерений в требуемых единицах.

Для управления исполнительными устройствами можно использовать содержащиеся в системе алгоритмы управления и регулирования. Сложные технологические процедуры описываются на встроенном в TRACE MODE языке Технобейсик. Благодаря объектному подходу, примененному в редакторе базы каналов, сложность разработки системы почти не зависит от ее размеров: разработка всегда сводится к программированию отдельных блоков - объектов.

Третья проблема при создании АСУТП - организация сетевых взаимодействий: ведь подавляющее большинство современных АСУ являются распределенными. Здесь функциональная мощь TRACE MODE проявляется особенно ярко.

Система имеет гибкую сетевую организацию, предоставляющую разработчику широкие возможности, и позволяет создавать как распределенные АСУТП, так и АСУ с архитектурой клиент-сервер.

Под управлением TRACE MODE данные, принимаемые любым контроллером, доступны всем операторским станциям верхнего уровня; более того, ПК могут свободно обмениваться данными друг с другом. На ответственных производствах можно создавать двукратный или трехкратный "горячий резерв", который гарантирует сохранение работоспособности АСУ в случае выхода из строя одного или нескольких компьютеров. Кроме того, TRACE MODE следит за работоспособностью локальной сети и в случае отказа одного из элементов основной сети автоматически переключается на запасную.

И последнее - графика. Известно, что рисовать мнемосхемы технологического процесса в растровых редакторах типа Paintbrush неэффективно. Размер получающихся изображений неоправданно велик (дисковое пространство на промышленных ПК необходимо экономить, поскольку оно нужно для хранения данных о технологическом процессе), а качество очень сильно зависит от художественного вкуса и графических способностей разработчика, которыми инженеры обладают далеко не всегда.

В TRACE MODE используется собственный векторный формат графических файлов - DBP. Мнемосхемы создаются в специальных векторных редакторах, ориентированных на изображение технологических объектов.

В результате отпадает необходимость в художниках-дизайнерах, так как создать хороший интерфейс для операторской станции под силу любому инженеру. Полученные изображения масштабируемы, трехмерны и очень компактны. Например, мнемосхемы средней АСУ с 30 графическими экранами в разрешении 80056005256 занимают на диске 350 Kбайт, а аналогичные растровые изображения в формате BMP - более 15 Мбайт, т. е. в 40 раз больше.

TRACE MODE экономит средства

Система TRACE MODE позволяет добиться значительной экономии средств, затрачиваемых на АСУТП, при сохранении ее качества. Это достигается за счет следующих свойств.

Во-первых, TRACE MODE, как уже упоминалось, поддерживает и современные западные и российские, и старые советские контроллеры, а значит позволяет производить поэтапное обновление аппаратных средств АСУТП предприятия. Вместо того чтобы выбрасывать еще жизнеспособное, но морально устаревшее или дряхлеющее оборудование, можно заменять современными моделями лишь вышедшие из строя устройства и таким образом сохранять оборотные средства за счет более равномерного распределения инвестиций по времени.

Во-вторых, система ориентирована на стандартные и легкодоступные, а потому недорогие программные средства. Операционные системы MS-DOS, Windows 3.1x/95/NT или Novell NetWare, сетевые платы Ethernet и Arcnet, звуковые платы Sound Blaster дешевы и есть практически на любом промышленном предприятии; квалифицированные специалисты, способные их обслуживать, также не проблема. Это означает резкое сокращение непрямых расходов и так называемой "скрытой цены", характерной для экзотических систем, использующих в качестве операционной системы QNX, OS-9 и т. д.

В-третьих, TRACE MODE экономична сама по себе благодаря использованию труда только российских разработчиков и отсутствию накладных расходов, связанных с доставкой и таможенным оформлением. По соотношению цена/производительность она значительно превосходит зарубежные аналоги.

Так, в средней АСУТП на базе TRACE MODE, имеющей 1000 входов/выходов с типичным соотношением дискретных и аналоговых параметров 6:1, стоимость одного входа/выхода составляет 1,72 долл. (с учетом стоимости инструментальной системы и всех налогов), а в крупной системе автоматизации, имеющей 10 000 входов/выходов, стоимость одного входа/выхода и вовсе ничтожна - 0,17 долл. Для западных SCADA-систем аналогичные показатели в 11-15 раз выше (соответственно 20-25 и 2,0-2,5 долл. за вход/выход).

Но, может быть, разница в цене отражает различия в качестве?

Прорыв российских технологий

К сожалению, долгие годы технического отставания отечественных средств автоматизации в гражданских отраслях промышленности сформировали стереотип: российское - значит некачественное. Поэтому многие предприятия платят огромные суммы за импортные АСУ, рассчитывая получить надежные и высококачественные системы.

Однако уже сейчас у российского потребителя появился выбор. На рынок систем промышленной автоматизации постепенно выходят высокотехнологичные российские фирмы, происходящие из отечественного аэрокосмического и оборонного комплекса. Жесткая конкуренция заставляет их предлагать только самые передовые технологические решения, обеспечивать гарантии, сервис и при этом удерживать достаточно низкие цены.

Пакет TRACE MODE поставляется с подробной и хорошо изданной документацией на русском языке. Приобретая программу, пользователь получает от фирмы-разработчика право на бесплатную телефонную техническую поддержку в течение неограниченного периода времени. Работает "горячая" линия (естественно, по-русски). Кроме того, техническую поддержку и консультирование разработчиков осуществляют около 30 специально обученных дилеров в 11 городах России и СНГ. Фирмой создано несколько учебных центров TRACE MODE.

Начиная с версии 4.20 любая реализация программы, прежде чем попасть к пользователю, проходит детальное выпускное тестирование по специальной методике, разработанной фирмой AdAstra, а затем - многоэтапное бета-тестирование (проверку на реальных проектах). Для поиска ошибок и отладки кода была создана компьютерная система, содержание которой является ноу-хау фирмы. Огромные, исчисляемые десятками тысяч долларов, вложения в качество TRACE MODE оправдали себя. Это сразу же зафиксировала наша служба технической поддержки, отметившая пятикратное снижение обращений за технической помощью по сравнению с версией 4.10. Косвенным показателем роста качества системы является сокращение сроков внедрения АСУ на базе TRACE MODE: ранее внедрение занимало в среднем 5-6 месяцев, сейчас - 2-3 месяца.

Примеры внедрений

Наверное, нет такой отрасли промышленности в России, в которой не была бы внедрена система TRACE MODE. АСУ на базе TRACE MODE контролируют производство бензина на Сызранском НПЗ, тестируют новые модели "Жигулей" на АвтоВАЗе, следят за радиационной безопасностью на подземных заводах атомной промышленности, работают на центральном пульте диспетчерского управления Красноярской ГЭС, в Центре подготовки космонавтов, в отделениях Центрального банка РФ, на фабрике "Гознак", в Газпроме и на многих других предприятиях. Приведем некоторые примеры.

Оскольский электрометаллургический комбинат. АСУТП машины непрерывной разливки стали.

Непрерывная разливка стали является одним из основных технологических процессов на комбинате.

Процесс состоит в разливе расплавленной, нагретой до температуры 1600^o С стали из 150-тонного ковша по четырем ручьям. В процессе разливки сталь проходит через систему водовоздушного охлаждения, кристаллизуется, вытягивается в слитки и разрезается газовыми горелками на заготовки определенной длины. Компьютеризованная система управления этим процессом относится к категории высокоответственных. От слаженной работы различных частей машины непрерывной разливки (размером, кстати, с трехэтажный дом) зависит качество выпускаемой продукции, а любой сбой в работе АСУТП может привести не только к браку, но и к расплавлению узлов машины, в результате чего она полностью выйдет из строя.

Система управления включает 11 контроллеров ЭК-2000, управляющих гидроцилиндром, шиберными затворами, вытягиванием слитка, водовоздушным охлаждением и другими устройствами. Данные с контроллера через дублированную полевую шину SDLC поступают в ПК 486DX/66, где на базе МРВ (монитора реального времени) TRACE MODE выполнены два дублирующих друг друга АРМ оператора-технолога. АРМ обеспечивают сбор информации в реальном времени, управление основными узлами машины непрерывного литья, аварийную сигнализацию, печать рапортов и некоторые другие функции. Данные о ходе технологического процесса передаются в центральную систему управления производством по сети Ethernet. Общая информационная мощность системы - около 1400 каналов, продолжительность цикла обмена с контроллерами ЭК-2000 в сети Modbus - 0,5 с.

Юго-Западный региональный диспетчерский центр (РДЦ) Винницаэнерго. Оперативный управляющий комплекс.

Оперативный измерительный и управляющий комплекс (ОИУК) Юго-Западного РДЦ предназначен для контроля за энергопотоками системообразующей электросети на территории Винницкой, Хмельницкой, Тернопольской и Черновицкой областей Украины общей площадью в 69,2 тыс. км², с населением более 5,6 млн. человек. Первая очередь комплекса включает семь ПК, работающих, в частности, в режиме "горячего резервирования", в дальнейшем планируется расширение системы с подключением 100 компьютеров.

ОИУК создан специалистами РДЦ всего за 69 дней. Ежегодный экономический эффект от работы комплекса оценивается в 400 тыс. долл.

Челябинский комбинат хлебопродуктов им. Григоровича. Управление подготовкой зерна к помолу.

Для того чтобы выпекаемый хлеб был качественным, зерно, поступающее на мельницу, должно иметь строго определенные физико-механические параметры, важнейший из которых - содержание воды в зерновой смеси. АСУТП, созданная специалистами соседнего Магнитогорского комбината хлебопродуктов, обеспечивает непрерывное дозирование зерна, поступающего из системы параллельно и последовательно соединенных бункеров, добавление воды в строго заданной пропорции, а также регулирование уровней зерна в бункерах.

Система, выполненная в виде двухуровневой ЛВС на основе протокола Bitbus, имеет несколько каскадных контуров стабилизации, заданиями которых управляет TRACE MODE. По предварительным оценкам, затраты на нее окупятся в течение года.

Заключение

Система TRACE MODE - продукт зарождающейся российской высокотехнологичной промышленности. Благодаря своей ориентации на потребности российского рынка промышленной автоматики она позволяет создавать высокопроизводительные и вместе с тем экономичные АСУТП, обеспечивая хорошее соотношение цена/производительность. TRACE MODE имеет устойчивую репутацию и множество внедрений в России и странах СНГ. Мы надеемся, что она сумеет помочь многим предприятиям в наше нелегкое время создать современные системы диспетчерского управления технологическими процессами.