X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Simatic WinCC (Windows Control Center - Центр управления Windows) – мощная SCADA система, предназначенная для управления и мониторинга технологических процессов, ра­ботающая под управлением операционных си­стем Microsoft Windows.

Данная операторская система была разра­ботана в 1995 году и входила в семейство си­стем автоматизации Simatic компании Siemens AG. В настоящее время WinCC занимает пер­вое место среди систем автоматизации в Евро­пе и второе место на мировом рынке.

Основная конфигурация WinCC включает все стандартные для SCADA систем функции: регистрация данных о протекании технологи­ческого процесса [1, 2], оповещение об авариях, ар­хивирование измеряемых значений, админи­стрирование пользователей и визуализация.

Кроме стандартных качеств, система об­ладает рядом преимуществ, выделяющим ее среди других SCADA решений:

WinCC является частью комплексной систeмы автоматизации Totally Integrated Automation (TIA), что делает возмож­ной полную интeграцию отдeльных компонeнтов автоматизации, а это, в свою очeредь, минимизирует затраты на проeктирование и поддeржание всeго жизнeнного цикла системы.

Cистема имеет мощные средства создания человеко-машинного интерфейса, позволяющие реализовать клиентские решения на базе web-технологий.

В базовую версию системы включен сильный масштабируемый историче­ский архив (Historian), работающий на Microsoft's SQL Server. С помощью дан­ного компонента реализуется архивиро­вание текущих данных процесса, долго­срочное архивирование с возможностью сжатия и обработки данных и централи­зованный обмен данными [3, 4] с помощью сервера архивов.

WinCC обладает удобными и понятными средствами проектирования, упрощаю щими процесс работы и обучения: в си­стему встроен графический редактор с объектно-ориентированным подходом и возможностью создания индивидуальных надстроек и расширений на VB Script, Visual Basic для приложений, обширные библиотеки, возможность изменения про­екта в режиме online и многие другие.

Система обеспечивает высокий уровень открытости и широкие возможности инте­грации за счет стандартных интерфейсов, таких как ActiveX, OPC (OLE для управ­ления процессом), интегрированных язы­ков скриптов VBScript и ANSI-C, доступ к данным с помощью Open Development Kit (WinCC/ODK).

WinCC обладает удобным и привычным для пользователя MS Windows проводником, который является ядром системы проектирова­ния - WinCC Explorer. В WinCC Explorer видна структура всего проекта и тут же происходит его администрирование.

С помощью WinCC Explorer осуществля­ется доступ к редакторам, предназначенным для проектирования подсистем. В системе су­ществует определенный стандартный набор редакторов и интерфейсов позволяющих про­ектировать отдельные подсистемы, в соответ­ствии с требуемым функционалом.

Рассмотрим компоненты Simatic WinCC.

WinCC является модульной SCADA си­стемой, включающей стандартный набор модулей и дополнительные опции, cписок которых постоянно растет. Каждый модуль выполняет функции определенного редактора и состоит из систeмы исполнения и системы разработки.

1. Graphics Designer (Графический дизай­нер) – система отображения объектов управле­ния в графическом виде с помощью свободно конфигурируемых графических объектов и их связей. Система работает в режиме исполне­ния и создает кадры для визуализации процес­са и управления объектом.

Графическая система WinCC делает воз­можным создание индивидуальных пользова­тельских интерфейсов для любого приложения, полностью соответствующих требованиям за­казчика, обеспечивая этим оптимизацию всего процесса производства в целом.

Для создания удобного пользовательско­го интерфейса в системе есть все необходимые средства:

стандартные объекты;

кнопки, поля-флажки, группы кнопок выбора и ползунковые регуляторы;

графические объекты;

окна приложений и кадров;

OLE объекты, элементы управления

ActiveX;

поля ввода и вывода, текстовые списки;

двухмерные и трехмерные гистограммы;

объекты, создаваемые пользователем.

2. Alarm Logging (Регистрация аварийных сообщений) – подсистема, предназначенная для регистрации и архивирования событий.

WinCC позволяет не просто выводить со­общения, но и записывать их в архивы, которые затем можно просмотреть и отфильтровать со­общения по их причинности. Данная функция способствует уменьшению затрат времени на поиск неисправности и предотвращению ава­рийных ситуаций в дальнейшем.

Существуют три вида сообщений:

Оперативные сообщения, отображающие состояние процесса;

Сообщения о неисправности, информи­ рующие о неисправности процесса;

Системные сообщения, уведомляющие об ошибках других приложений.

Сообщения, поступающие в систему мо­гут иметь несколько статусов: «поступило», означает, что событие вызвавшее сообщение все еще актуально, когда событие исчезает статус меняется на - «ушло», если сообщение не нуждается в подтверждении статус будет – «квитировано».

Архивы сообщений создаются при помо­щи Microsoft SQL Server. Используя средства WinCC OLE-DB можно легко обращаться к этим архивам с помощью стандартизирован­ного интерфейса баз данных.

3. Tag Logging (Регистрация тегов) – под­система, позволяющая регистрировать и ар­хивировать измеряемые значения параметров процесса. Данные о процессе отображаются с помощью специальных окон, в которых ин­формация представлена в виде таблиц или кривых.

Редактор регистрации тегов предоставля­ет выбор способа сбора информации и вида, в котором она будет отображаться, имеются сле­дующие варианты:

1. интерактивный трeнд, кривыe архивов, кривые функций;

2.отображение областей и предельных зна­чений, ступенчатые кривые, градуиро­ванные кривые, таблицы;

3.переключение шкал, старт/стoп, постранич­ный просмoтр.

4.Report Designer (Дизайнер отчетов) – си­стема, формирующая отчеты по опреде­ленному событию или хронологически.

В WinCC на стадии проектирования фор­мируются задания на печать, в которых опреде­ляется шаблон, количество страниц и устрой­ство вывода на печать. Это и определяет вид распечатываемого отчета с исполнительными данными. Для каждого вида журнала реги­страции имеется свой шаблон.

Отчеты могут выводиться на печать еже­часно, ежедневно и тд., по наступлению какого либо события или по команде оператора.

Журналы регистрации могут включать данные из баз данных, что позволяет осуще­ствить специальный объект Report Designer - таблица базы данных ODBC.

4. User Administrator (Администратор пользователей) – средство, позволяющее на­значать и контролировать права доступа поль­зователей, как для процесса проектирования, так и в режиме исполнения.

Администратор системы имеет возмож­ность создавать до 128 пользовательских групп, каждая группа может включать до 128 пользователей, каждый из которых имеет на­значенные администратором права доступа.

Также есть возможность установки от­дельного режима работы для каждого поль­зователя, время завершения сеанса может определятся к примеру от продолжительного бездействия.

5. Global Scripts (Глобальный сценарий) – это основной редактор для программирования на языке VBS.

В поставке системы WinCC имеется до­статочное количество различных функций, однако также пользователям предоставляет­ся возможность редактирования встроенных функций и создания своих собственных, для этого и существует редактор Global Scripts.

Данный компонент использует язык VBScript (VBS). Глобальный сценарий мо­жет использоваться для программирования глобальных макросов, независимых от кадра и не привязанных к графическому объекту, а также глобальных процедур, доступных во всем проекте.

6. Text Library (Текстовая библиотека) – инструментальное средство для создания и ре­дактирования текстов пользователя. Главный компонент необходимый при создании много­язычных проектов.

В Text Library централизованно хранятся все тексты проекта, централизованно устанав­ливаются шрифты и осуществляются переводы текстов. В библиотеке хранится большое коли­чество различных текстов, поэтому каждый из них имеет свой уникальный идентификатор, по которому система к нему обращается.

Тексты могут быть экспортированы из WinCC и при необходимости импортированы обратно.

Данный редактор содержит не только пользовательские тексты, но и существующие стандартные тексты WinCC, к примеру име­на классов сообщений. При изменении языка проекта в каком либо редакторе, автоматиче­ски создается соответствующий этому языку столбец.

Рассмотрим средства обмена данными в WinCC.

В соврeменныx систeмаx автоматизaции все чаще требуется решение задач построе­неия распрeделeнных прoмышлeнных сeтей с испoльзованиeм гибкиx протоколoв передачи дaнныx [5, 6].

В настоящее время существует огромное количество интерфейсов и протоколов пере­дачи данных для создания сетей промышлен­ного назначения. Наиболее распространенные среди них: Modbus, Ethernet, CAN, HART, PROFIBUS и пр.

Данные средства связи необходимы для передачи данных между датчиками, контрол­лерами и исполнительными механизмами и связи нижнего уровня АСУ ТП с верхним. Обеспечение надежного соединения и высо­кой скорости передачи данных осуществля­ется за счет индивидуального подхода к раз­работке протоколов. Протоколы создаются с учетом особенностей технических процессов и систем, а также особенностей всего произ­водства.

Протоколы должны обладать не только свойствами надежности, но быть гибкими, простыми в использовании, функциональны­ми средствами построения связи.

WinCC Advanced является открытой си­стемой визуализации, которая способна под­держивать коммуникационный обмен дан­ными с множеством систем автоматизации [7, 8]. Выбор вида используемой сети зависит от предъявляемых требований, в WinCC могут быть использованы следующие средства об­мена данными:

MPI

PROFIBUS

Industrial Ethernet

Modbus

OPC

Далее проведем описание интерфейса МРI.

MPI - Multi Point Interface (Многоточеч­ный интерфейс) используется для построения небольших сетей на полевом уровне и уровне предприятия. Данный интерфейс использует­ся только в SIMATIC S7. MPI позволяет эко­номично соединять небольшое количество станций. Однако интерфейс обладает низкой производительностью. Максимальное количе­ство подключаемых станций – 32.

В МРI сетях используется доступный интерфейс МРI ПЛК, реализованный как про­граммный. MPI использует метод доступа с передачей маркера. Право доступа передается поочередно от станции к станции с помощью, так называемого, маркера. При получении мар­кера станция имеет право послать сообщение, если же станция не посылает сообщение, то это право переходит к следующей станции. Обычно для реализации МРI сетей использу­ется оптическая или электрическая сеть.

Протокол PROFIBUS имеет характери­стики, указанные ниже.

PROFIBUS (PROcess FIeld BUS) – сеть, реализуемая на уровне предприятия и полевом уровне с ограниченным количеством станций, до 127. Первоначально, протокол разрабаты­вался компанией Simens для связи своих про­мышленных контроллеров. На данный момент он является одним из самых распространен­ных в Европе.

В сети с методом доступа PROFIBUS раз­личаются два вида станций – активные и пас­сивные. Активные станции используют метод доступа с передачей маркера, в то время как пассивные станции используют метод доступа «ведущий-ведомый».

Активные станции передают сообщения по мере получения-передачи маркера. Если ак­тивная станция получила маркер, то она может опросить связанные с ней пассивные станции и послать сообщение им. Сами пассивные станции никогда не получают маркера.

PROFIBUS позволяет создать единую автоматизированную систему на уровне про­водов и датчиков за счет объединения рас­пределенных устройств и объединения функ­циональных и технологических особенностей связи полевого уровня [9].

Протокол оптимизирован для работы с различными приложениями и имеет три мо­дификации:

PROFIBUS DP (Decentralized Peripheral - Распределенная периферия) – использует уров­ни 1 и 2 модели OSI, а также пользовательский интерфейс, который в модель OSI не входит. Протокол ориентирован на организацию связи между контроллерами и устройствами ввода-вывода.

PROFIBUS FMS (Fieldbus Message Specification - Спецификация сообщений по­левого уровня) - использует уровень 7 модели OSI и применяется для обмена данными с кон­троллерами и компьютерами на регистровом уровне. Profibus FMS и DP используют один и тот же физический уровень, основанный на интерфейсе RS-485 и могут работать в общей сети.

PROFIBUS PA (Process Automation - Авто­ матизация процесса) - использует физический уровень на основе стандарта IEC 1158-2, кото­рый обеспечивает питание сетевых устройств через шину и не совместим с RS-485. Преиму­ществом является возможность использования данного протокола во взрывоопасных зонах.

Сеть PROFIBUS может быть как опти­ческой, так и электрической. Также возможно построение смешанной сети, состоящей из оптических и электрических сегментов.

Далее указаны особенности сети Ethernet.

Для построения промышленной сети наиболее оптимальным вариантом является сеть - Industrial Ethernet. Она подходит и для уровня управления и для уровня предприя­тия. Industrial Ethernet это открытая коммуни­кационная сеть, соответствующая стандарту IEEE 802.3.

Industrial Ethernet позволяет создавать сети с большим количеством подключаемых станций и возможностью передачи больших объемов информации на большие расстояния.

Главными преимуществами данной сети являются ее масштабируемость, открытость и широкое распространение.

Сеть использует принцип доступа CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection) - коллективный метод доступа с опознаванием несущей и обнаружением кол­лизий. Перед тем как отправить сообщение станция проверяет, свободна ли шина. При одновременном отправлении сообщений дву­мя станциями происходит коллизия, после ко­торой обе станции прекращают отправку сооб­щений. По истечению определенного периода времени посылка сообщений повторяется.

Сеть Industrial Ethernet может быть по­строена на оптических или электрических ка­белях. Также возможно создание смешанной сети, включающей в себя оптические и элек­трические подсети. Это позволяет использо­вать преимущества обеих типов сетей.

Проведем анализ стандарта ОРС

OPC (OLE for Process Control) – это про­мышленный стандарт, реализующий взаимо­действие программных компонентов систем класса SCADA.

Стандарт был разработан на основе объ­ектной модели СОМ/DСОМ фирмы Мicrosoft. COM (Component Object Model) – это кон­цепция использования многопакетных объек­тов, осуществляющая удаленное управление функциями (методами) объектов так, как будто они находятся «рядом».

В случае расположения объекта в другой программе или на другом узле сети и в дру­гом компьютере, технология будет называться DСОМ, то есть Distributed (распределенная). В распределенном варианте СОМ, функции объекта перехватываются специальным аген­ том рroxy/stub DLL, который их упаковывает и передает операционной системе. Операцион­ная система далее доставляет вызов непосред­ственно до управляемого объекта и заставляет его выполнить запрашиваемую функцию.

С помощью технологии ОРС одни прило­жения могут связываться с другими, считывать и обмениваться данными и событиями, опове­щать друг друга об авариях, осуществлять ра­боту с архивами. При этом приложения могут располагаться как на одном компьютере, так и распределено.

Стандарт ОРС поддерживается всеми ве­дущими производителями систем сбора дан­ных и управления SCADA, а также произво­дителями оборудования, что способствует их эффективному взаимодействию и слаженной работе.

ЛИТЕРАТУРА

1.Завьялов Д.В. О применении информационных технологий / Д.В.Завьялов // Современные наукоемкие технологии. 2013. № 8-1. С. 71-72.

2.Пеньков П.В. Экспертные методы улучшения систем управления / П.В.Пеньков // Вестник Воронежского института высоких технологий. 2012. № 9. С. 108-110.

3.Зяблов Е.Л. Построение объектно-семантической модели системы управления / Е.Л.Зяблов, Ю.П.Преображенский // Вестник Воронежского института высоких технологий. 2008. № 3. С. 029-030.

4.Головинов С.О. Цифровая обработка сигналов / С.О.Головинов, С.Г.Миронченко, Е.В.Щепилов, А.П. Преображенский // Вестник Воронежского института высоких технологий. 2009. № 4. С. 064-065.

5.Преображенский Ю.П. Разработка методов формализации задач на основе семантической модели предметной области / Ю.П.Преображенский // Вестник Воронежского института высоких технологий. 2008. № 3. С. 075-077.

6.Зазулин А.В. Особенности построения семантических моделей предметной области / А.В.Зазулин, Ю.П. Преображенский // Вестник Воронежского института высоких технологий. 2008. № 3. С. 026-028.

7.Никифоров А.А. Перспективные достижения современных ученых. техника и технологии / А.А.Никифоров, И.Я.Львович, А.П.Преображенский, О.Н.Чопоров, В.Н.Бредихин, В.Ю.Кушнеров, И.Ф.Червоный, А.И.Шевелев, М.В.Евсеева, Л.В.Крылик, Л.В.Осадчук, А.В.Осадчук, А.И.Флоренсов, П.М.Бойко, О.В.Кочеткова, Е.А.Поликарпова, V.F.A.Alatoom, С.С.Карабиньош, О.А. Демко, О.Б. Вьюненко, А.В.Толбатов , В.А.Толбатов , С.В.Толбатов , О.О.Толбатова / Монгография / Издательство: Куприенко Сергей Васильевич (Одесса), Одесса, 2017, 219 с.

8.Львович И.Я. Подсистема управления технологическим процессом производства интегральных схем / И.Я.Львович, Я.Е.Львович, А.П.Преображенский, О.Н.Чопоров, Д.В.Салеев // Метрология. 2017. № 2. С. 3-9.

9.Преображенский А.П. Алгоритмизация и оптимизация технологических процессов создания изделий интегральной электроники / А.П.Преображенский, О.Н.Чопоров // Информационные технологии моделирования и управления. 2017. Т. 104. № 2. С. 84-93.

Код для цитирования: Скопировать