TRACE MODE внутри контроллеров

Лев Анзимиров

Не было бы счастья, да несчастье помогло

Стремительное развитие технологии

Технология автопостроения проекта

Интеллектуальное управление

«Горячее» резервирование

Новые разработки

Основные выводы

Мы как-то быстро привыкли к тому, что контроллер может иметь архитектуру персонального компьютера и программироваться широким набором недорогих инструментальных систем различных производителей. При этом он не уступит PLC в производительности, но стоить будет дешевле. У нас в стране такие PC-контроллеры, представленные марками Micro PC, Advantech, МФК, Robo, «Круиз», Festo и др., появились в начале 90-х и завоевали более 30% рынка. Между тем не все знают, что использование IBM PC-платформы в контроллерах за рубежом называется звучным термином «softlogic» («софтлоджик»), а PC-совместимые контроллеры — «soft PLC» («софт ПЛК»). Софтлоджик за пределами России считается модной и перспективной новинкой, о нем ведут дискуссии при проведении круглых столов, ему посвящают спецвыпуски журналов, обсуждают его на конференциях. Подобный разрыв между нашим и зарубежным освоением софтлоджика связан с тем, что на Западе массовый интерес к этой технологий сформировался значительно позднее, лишь в 1996-1997 годах. Поэтому в настоящее время за границей к софтлоджику лишь примериваются, а в нашей стране это уже зрелая технология, испытанная во многих ответственных проектах.

Первые полномасштабные применения технологии софтлоджика были осуществлены в России. Среди них: Система контроля радиационной безопасности НПО «Маяк», АСУТП коксовой батареи Новолипецкого металлургического завода, АСУ спиртового производства на ряде заводов отрасли, АСУ газоперекачивающими агрегатами компрессорных станций магистральных газопроводов, АСУТП цеха по производству взрывчатых веществ «Порэмит» ОАО «Апатит», типовой проект котельной г. Москвы, система контроля климата на космодроме Байконур, АСУТП энергоблока ГРЭС и ряд других. Как же получилось, что Россия, находясь в тисках жесточайшего кризиса, сумела стать лидером нового направления в промышленной автоматике?

Не было бы счастья, да несчастье помогло

Как ни странно, но лучшее этому объяснение дает поговорка, приведенная в заголовке этого раздела. Успех софтлоджика в России, по нашему мнению, обусловлен тремя основными факторами.

Во-первых, это разрыв традиции. Бывшая советская электронная промышленность не выдержала рыночных преобразований и в начале 90-х годов не смогла удовлетворить спрос на качественные PLC нового поколения. Пользователи, в силу объективных обстоятельств, были вынуждены переходить на новые, незнакомые им промышленные контроллеры. Поэтому выбор контроллеров осуществлялся исключительно на основе их ценовой эффективности. А у софтПЛК соотношение «производительность/цена» лучше. Средний софтПЛК на 30-50% дешевле своего классического собрата, хотя и превосходит его по производительности. Это стало второй причиной выбора софтлоджика. А третьим фактором, определившим успех новой технологии, стало программное обеспечение. Так получилось, что новые софтПЛК, поступающие на рынок России, были сразу поддержаны SCADA-системой TRACE MODE. Таким образом, пользователь, выигрывая в цене, не проигрывал ни в функциональности, ни в удобстве работы. Это обеспечило оглушительный успех софтПЛК в России.

Стремительное развитие технологии

Технологии софтлоджика быстро развивались. В 1995 году AdAstra Research Group, Ltd интегрировала свою SCADA TRACE MODE с системой программирования PC-контроллеров. Впервые в мире пользователь получил единый инструмент, позволяющий как разрабатывать операторские рабочие места, так и программировать контроллеры. Производительность труда разработчиков АСУ резко увеличилась. Начиная с 1995 года переход на софтПЛК означал выигрыш не только в цене, но и в производительности. Продажи PC-контроллеров пошли вверх. Поэтому современный рынок промышленных контроллеров России очень отличается от западного. В России господствуют такие марки, как Micro PC фирмы Octagon Systems (США) — 16% рынка в 1999 году и PC-контроллеры производства фирмы Advantech (Тайвань) — 11% рынка. На основе комплектующих этих фирм российскими фирмами развернуто производство софтПЛК для решения различных задач — от телеуправления до крупных DCS. СофтПЛК сегодня — это и «Лагуна» (небольшой локальный регулятор стоимостью всего 300 долл.), и такой мощный резервированный комплекс, как, например, «КРУИЗ» (рис.1).

В 1998 году AdAstra выпустила 32-разрядную версию SCADA-системы TRACE MODE 5 для Windows NT, в которую была включена новая система для программирования контроллеров — Micro TRACE MODE 5. Начиная с 1998 года Micro TRACE MODE имеет неограниченную лицензию на исполнительные системы; соответственно при помощи одного пакета можно запрограммировать неограниченное число контроллеров.

В новой версии TRACE MODE 5 для Windows NT технология сквозного программирования АСУ верхнего и нижнего уровня АСУТП была значительно усовершенствована. Наибольшие изменения коснулись средств разработки. Редактор базы каналов TRACE MODE 5 был приведен в соответствие со стандартом международной электротехнической комиссии (МЭК) IEC-1131/3, регламентирующим синтаксис языков программирования промышленных контроллеров. В соответствии с требованиями стандарта программирование логических задач осуществляется визуальными, интуитивно понятными инженерам-технологам методами в виде функциональных блоков (язык Техно FBD) или на языке инструкций (язык Техно IL).

Реализованные в инструментальной системе TRACE MODE 5 язык схем на функциональных блоках (Техно FBD) и язык инструкций (Техно IL) существенно расширены по сравнению с базовыми требованиями стандарта МЭК 1131/3. Они включают набор из более чем 150 элементарных и библиотечных функций. Среди встроенных алгоритмов — PID, PDD, нечеткое, позиционное регулирование, ШИМ-преобразование, динамическая балансировка, алгоритмы массового обслуживания, блоки моделирования объектов, произвольно программируемые алгоритмы, арифметические, алгебраические, логические, тригонометрические, статистические функции, функции расчета технико-экономических показателей (ТЭП) и т.д. Существенным развитием стандарта является добавление ряда функциональных блоков, ориентированных на контроль и управление типовыми технологическими объектами (клапан, задвижка, привод и т.д.). Кроме того, проектировщик имеет возможность наращивать библиотеки языков своими собственными функциями, учитывающими особенности задач, решаемых в его проектах.

Созданная для каждого узла проекта информационная база может быть отлажена в редакторе с помощью трех уровней эмуляции (отдельные программы на Техно FBD, пересчет канала и пересчет всей базы), в двух режимах — пошаговом и непрерывном. Наличие встроенного отладчика в Micro TRACE MODE 5 позволяет сократить трудозатраты на разработку проекта. «Три уровня эмуляции FBD-блоков, предоставляемые TRACE MODE позволили нам производить отладку алгоритмов управления не выходя из офиса, еще до того как контроллеры были размещены на ГРЭС, — говорит Галина Нестерова, ведущий программист компании «Пик Прогресс», разрабатывающей АСУТП энергоблока 800 МВт Талимарджанской ГРЭС (Узбекистан) на базе софтПЛК «КРУИЗ». — Это сэкономило нам много времени и средств».

Технология автопостроения проекта

Еще одной новинкой, увеличившей производительность труда разработчиков АСУ, стала технология автопостроения проекта, впервые примененная в TRACE MODE 5. Суть автопостроения заключается в автоматическом генерировании баз каналов операторских станций и контроллеров, входящих в проект АСУТП, на основе информации о числе точек ввода-вывода, номенклатуре используемых контроллеров и УСО, наличии и характере связей между контроллерами и ПК. В соответствии с этим в TRACE MODE 5 реализованы следующие автоматические процедуры для настройки софтПЛК:

• Автопостроение баз каналов для связи с УСО в софтПЛК. Пользователю достаточно указать марку и количество софтПЛК, используемых в проекте, и запустить автопостроение — TRACE MODE сформирует базу каналов для каждого контроллера и произведет настройку на УСО автоматически.
• Автопостроение баз каналов для связи с обычными контроллерами. Эта процедура автоматически генерирует базы каналов и производит настройку на наиболее распространенные в России контроллеры. При помощи этой процедуры можно, например, быстро сгенерировать базу каналов Micro PC для подключения контроллеров ADAM.
• Автопостроение связей между узлами: «контроллеры-контролеры» и «ПК-контроллеры», осуществляющее создание, автоматическое поддержание и обновление коммуникаций (например, сетевых линий, RS-485, Profibus и т.д.) между узлами распределенной АСУТП.
• Автопостроение при импорте баз технологических параметров. Этот вид автопостроения автоматизирует построение базы данных реального времени на основе данных, импортируемых из распространенных баз данных и электронных таблиц, например Excel, Access и др.

Технология автопостроения снимает огромную часть рутинной работы по «набивке» и конфигурированию баз параметров. Благодаря автопостроению разработка АСУТП сводится к следующим несложным процедурам:

• Размещение в рабочем поле редактора базы каналов TRACE MODE 5 (например, на плане объекта) пиктограмм (объектов) контроллеров и операторских ПК.
• Указание наличия информационного обмена между узлами.
• Запуск автопостроения проекта.
• Задание математической обработки данных и алгоритмов управления.

«Мы видим, что сейчас разработка проекта в TRACE MODE 5 занимает примерно втрое меньше времени, чем разработка аналогичного проекта в TRACE MODE 4.20, — говорит Анатолий Фридлянд, руководитель службы техподдержки фирмы AdAstra. — Основная причина этого — автопостроение».

Интеллектуальное управление

Одна из разновидностей программы — Adaptive Micro TRACE MODE 5 — включает в себя исполнительный модуль, содержащий алгоритмы адаптивных и модальных регуляторов. Это значит, что современный софтПЛК, работающий под управлением Adaptive Micro TRACE MODE 5, может автоматически, без помощи человека оптимально настраивать ПИД-регуляторы. Для настройки регулятора достаточно подключить контроллер к технологическому процессу, и через 1-10 минут он сам определит коэффициенты регуляторов. В процессе эксплуатации контроллер будет поддерживать все регуляторы настроенными оптимально, причем подстройка регуляторов будет осуществляться в непрерывном режиме, без остановки технологического процесса (рис. 3).

Важно отметить, что Adaptive Micro TRACE MODE 5 также имеет неограниченную лицензию на исполнительную систему. С работой адаптивных алгоритмов можно познакомиться в бесплатной инструментальной системе TRACE MODE 5 (www.adastra.ru).

«Горячее» резервирование

Для создания резервированных систем больше не требуется покупать дорогие системы. Любой современный софтПЛК под управлением Micro TRACE MODE может обеспечить «горячее» резервирование узлов. В инструментальную систему встроены средства автоматического создания баз каналов для резервных контроллеров. Пользователь может реализовать алгоритмы переключения между основными и резервными узлами по своему усмотрению.

Кроме того, Micro МРВ TRACE MODE в режиме реального времени ведет постоянный контроль работоспособности датчиков, УСО, сетевых линий и в случае их выхода из строя автоматически переходит на резервные средства (рис. 4).

Новые разработки

В 1999 году завершен новый проект — Micro TRACE MODE «Лагуна», в соответствии с которым разработана новая сверхкомпактная исполнительная система, являющаяся монитором реального времени для широко известных модулей удаленного ввода-вывода ICP-CON серии i7000 производства фирмы ICP-DAS. Эти софтПЛК-устройства выделяются своей дешевизной — стоимость их процессорного блока не превышает несколько сот долларов, а благодаря модульной структуре к одному процессору можно подключить до 1024 I/O (рис. 5).

Если разместить Micro MPB «Лагуна» в ICP-CON, то модуль сбора данных превращается в полноценный регулятор, несущий в себе практически всю алгоритмическую функциональность Micro TRACE MODE. Теперь за 300 долл. пользователь получает управляющий софтПЛК на базе процессора х86, рассчитанный на 128 входов-выходов, с библиотекой из более чем 100 алгоритмов АСУТП, а также бесплатную систему визуального программирования алгоритмов на основе IEC 1131/3. К поставкам «Лагуны» в России проявила интерес фирма «Индустриальные компьютерные системы» (www.icos.ru). Вероятно, этот контроллер можно будет купить уже в начале 2000 года.

В ближайшее время AdAstra планирует выпустить версии Micro TRACE MODE для софтПЛК на базе CompactPCI, для операционных систем Windows CE, Windows NT Embedded. Планируются разработки Web-мониторов, превращающих контроллеры в Web-серверы, работающие в Internet/Intranet.

Основные выводы

Использование технологий софтлоджик позволяет создавать комплексы с выгодным соотношением «цена/производительность». Благодаря программной поддержке эта перспективная технология получила наибольшее развитие именно в нашей стране. Первой в мире интегрированной SCADA и софтлоджик системой стала TRACE MODE. К настоящему времени технологии программирования софтПЛК получили значительное развитие. Софтлоджик имеет хорошие перспективы роста, связанные с освоением новых типов контроллеров, аппаратных платформ, операционных систем, а также с развитием Internet.

«САПР и графика» 3'2000