software2_2000_1.pdf

(594 KB) Pobierz

ОБЗОР/ПРОГРАММНОЕ

ОБЕСПЕЧЕНИЕ

Юрий Волобуев

АСУ ТП в металлургии:

проблемы и реше�½ия

В статье проведе�½ ретроспектив�½ый обзор реше�½ий по выбору базового программ�½ого

обеспече�½ия при автоматизации круп�½ого промышле�½�½ого объекта.

Программисты практики старшего

поколе�½ия �½икогда �½е забудут самую

�½еприят�½ую обяза�½�½ость, возлагавшу

юся �½а �½их, — подсчет ожидаемого

эко�½омического эффекта от в�½едре�½ия

будь то самой простой программы,

будь то мощ�½ой системы управле�½ия. В

послед�½ем случае и�½огда привлекались

чи�½ов�½ики, �½о �½икак �½е эко�½омисты,

которые, впрочем, вряд ли улучшили

бы ситуацию. Цифры брались с потол

ка, и пересчеты велись до получе�½ия

положитель�½ого эффекта. Система

в�½едрялась, звучали фа�½фары, вруча

лись премии и… воз�½икало �½едоуме

�½ие. Как же так, стоимость од�½ого

только компьютера, специаль�½о при

обрете�½�½ого для системы, во м�½ого раз

превышает ожидаемый эко�½омичес

кий эффект от в�½едре�½ия самой систе

мы, а мы празд�½уем победу?

А объяс�½яется это тем, что уже тогда

существовала реаль�½ость, которую

сейчас мы остро чувствуем и осоз�½аем:

в�½едре�½ие любой компьютер�½ой сис

темы производит ос�½ователь�½ое опус

тоше�½ие кошелька. Но вычислитель

�½ые комплексы — это �½е прямой и�½ст

руме�½т для получе�½ия �½емедле�½�½ой

прибыли, а средства, без которых �½а

сегод�½яш�½ий де�½ь �½евозмож�½о суще

ствова�½ие производства, при�½осящего

эту самую прибыль. Это очевид�½ая ис

ти�½а, и в самой пол�½ой мере о�½а спра

ведлива по от�½оше�½ию к высокотех�½о

логич�½ым производствам, �½апример в

металлургии.

В этой статье я хочу сузить гра�½ицы

компьютер�½ого мира до круга моих и�½

тересов — автоматизирова�½�½ых систем

управле�½ия тех�½ологическими процес

сами (АСУ ТП) — и выведу из этого

круга ко�½троллеры управле�½ия меха

www.cta.ru

�½измами, �½изведя их до уров�½я базовой

или �½изовой автоматизации. Под ком

плексами же АСУ ТП буду иметь в виду

�½е только собстве�½�½о системы управ

ле�½ия, �½о и системы автоматического

сбора и�½формации, ее оператив�½ого

отображе�½ия и �½акопле�½ия, диаг�½ос

тики, предупрежде�½ий и формирова

�½ия отчет�½ых докуме�½тов, словом, все

то, что при�½ято �½азывать системами

управле�½ия второго уров�½я.

Итак, если приме�½е�½ие АСУ ТП пре

допределе�½о, то стоит ли обращать

в�½има�½ие �½а затраты? Стоит. Но следу

ет подсчитывать �½е ожидаемый эко�½о

мический эффект, а время окупаемос

ти по�½есе�½�½ых затрат, после чего, кста

ти, идет уже прибыль.

Окупаемость определяется большим

количеством самых раз�½ообраз�½ых фак

торов, из �½их, приме�½итель�½о к управ

ляющим системам, выделю �½екоторые:

стоимость оборудова�½ия и про

грамм�½ого обеспече�½ия;

срок службы тех�½ики и период мо

раль�½ого старе�½ия программ�½ого

обеспече�½ия;

стоимость и сроки разработок;

�½адеж�½ость, бесперебой�½ость рабо

ты вычислитель�½ых средств.

Послед�½ий из факторов является ед

ва ли �½е самым важ�½ым в системах уп

равле�½ия �½епрерыв�½ым производст

вом. На Молдавском металлургичес

ком заводе (ММЗ), �½апример, о�½о со

стоит из цепочки циклических процес

сов, связа�½�½ых между собой (рис.1).

Сбой од�½ого из зве�½ьев �½еизбеж�½о

притормаживает работу осталь�½ых, а в

ряде случаев может вызвать потерю до

рогостоящего металла. Убытки от та

ких простоев, в отличие от ожидаемого

эко�½омического эффекта, подсчиты

ваются впол�½е од�½оз�½ач�½о, а их вели

чи�½а �½апрямую связа�½а со време�½ем

окупаемости затрат �½а АСУ ТП.

Словом, м�½огое, если �½е все, опреде

ляет удач�½ый или �½еудач�½ый выбор

тех�½ики, операцио�½�½ой системы,

средств разработчика и, в определе�½

�½ой степе�½и, качество разработок.

Расскажу �½ем�½ого о �½ашем предпри

ятии. На Молдавском металлургичес

ком заводе из металлолома выплавля

ют �½а дуговой сталеплавиль�½ой печи

сталь, производят ее в�½епеч�½ую обра

ботку �½а агрегате Ковш печь с целью

достиже�½ия зада�½�½ых свойств и разли

вают �½а маши�½е �½епрерыв�½ого литья

заготовок. Получе�½�½ая заготовка, яв

ляясь самоце�½�½ым товаром, все же в

ос�½ов�½ом поступает �½а прокат�½ый

ста�½, где производится ко�½еч�½ый про

дукт — фасо�½�½ый прокат и ката�½ка.

Обеспече�½ием глав�½ой тех�½ологичес

кой ли�½ии за�½ят еще целый ряд вспо

могатель�½ых, �½о тоже высокотех�½оло

гических производств. Таким образом,

АСУ ТП завода орие�½тирова�½ы �½а три

ос�½ов�½ых объекта для обеспече�½ия и�½

формацио�½�½ого сопровожде�½ия, учета

и управле�½ия тех�½ологическими про

Бадья с металлошихтой

СТА 1/2000

О Б З О Р

П Р О Г РА М М Н О Е О Б Е С П Е ЧЕ Н И Е

ПРОИЗВОДСТВО СТАЛЬНОЙ ЗАГОТОВКИ

ДСП

ТОВАРНАЯ

ЗАГОТОВКА

ПРОКАТНЫЙ СТАН ИЗ 20 КЛЕТЕЙ

ЧИСТОВАЯ ГРУППА 6 КЛЕТЕЙ

(3 ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ + 3 ВЕРТИКАЛЬНЫХ)

ПРОМЕЖУТОЧНАЯ ГРУППА

6 КЛЕТЕЙ (ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ)

ЧЕРНОВАЯ ГРУППА

8 КЛЕТЕЙ (ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ)

КОВШ ПЕЧЬ

ПШП

№2

ПШП

№1

МНЛЗ

ЛИНИЯ ТЕРМОУПРОЧНЕНИЯ

ПРОКАТ

фасо�½�½ый,

круглый

и арматур�½ый

Услов�½ые обоз�½аче�½ия:

ДСП — дуговая сталеплавиль�½ая

печь;

МНЛЗ — маши�½а �½епрерыв�½ого

литья заготовок;

ПШП — печь с шагающим подом

(�½агреватель�½ая печь).

Рис. 1. Ос�½ов�½ая схема производства ММЗ

ТЕРМОСТАТ

ПРОКАТ

арматур�½ый

в бу�½тах

и ката�½ка

ПРОВОЛОЧНЫЙ ЛИНИЯ

БЛОК

"СТЕЛМОР"

10 КЛЕТЕЙ

цессами: электросталеплавиль�½ый цех

(ЭСПЦ), сортопрокат�½ый цех (СПЦ) и

вспомогатель�½ые цеха.

ММЗ оче�½ь молод, поэтому в облас

ти автоматизации о�½ из�½ачаль�½о имел

фору перед м�½огими другими старыми

металлургическими предприятиями.

При его проектирова�½ии предполага

лось, что все ос�½ов�½ые тех�½ологичес

кие агрегаты или ли�½ии будут с�½абже

�½ы управляющими системами, разра

бота�½�½ыми специализирова�½�½ыми

и�½ститутами, а заводским специалис

там предстояло сопровождать готовые

системы. На деле вышло и�½аче. Все

заводские системы управле�½ия были

реализова�½ы своими силами. Кредит

доверия к приклад�½ым разработкам

сторо�½�½их орга�½изаций был закрыт,

так и �½е открывшись. Родилась ко�½

цепция: системы управле�½ия тех�½оло

гическими процессами мы создаем са

ми.

Вер�½усь к истории. Первые комплек

сы были реализова�½ы �½а базе микро

процессоров КТС ЛИУС 2. Неплохо

справляясь с задачами управле�½ия и

даже �½екоего подобия визуализации �½а

приспособле�½�½ых для этих целей

обыч�½ых бытовых телевизорах, о�½и в

при�½ципе �½е могли обеспечить выпол

�½е�½ие фу�½кций хра�½е�½ия и обработки

поступающей и�½формации, а также

пол�½оце�½�½ого взаимодействия с опе

ратором. Для этого были задействова

�½ы СМ 1420 с операцио�½�½ой системой

ОСРВ 3.0. Нетруд�½о представить,

сколько проблем вызывала эксплуата

ция такого ко�½гломерата, особе�½�½о в

СТА 1/2000

условиях постоя�½�½ого роста аппетита

пользователей. Это и �½еповоротли

вость программ�½ых комплексов, и �½из

кая скорость обме�½а да�½�½ыми по по

следователь�½ому и�½терфейсу, и веч�½ый

дефицит памяти, и м�½огое другое, сре

ди которого — край�½е �½изкий, около

�½уля, урове�½ь среды разработчика.

Словом, оче�½ь скоро �½азрела ситуа

ция, мириться с которой �½е было �½ика

кой возмож�½ости. Предстояло карди

�½аль�½о пересмотреть программ�½о тех

�½ическую структуру систем и сделать

выбор, о котором я говорил ра�½ее.

Выбор аппарат�½ых средств сущест

ве�½�½о огра�½ичивался возмож�½остями

www.cta.ru

О Б З О Р

П Р О Г РА М М Н О Е О Б Е С П Е ЧЕ Н И Е

доступ�½ого или извест�½ого �½ам тогда

ры�½ка. Была сдела�½а ставка �½а промы

шле�½�½ые персо�½аль�½ые компьютеры.

Здесь, дабы закрыть тему тех�½ических

средств, лежащую в�½е моей компете�½

ции, я хочу забежать �½есколько вперед.

В �½астоящий моме�½т при выборе ап

парат�½ых средств мы отдаем предпо

чте�½ие промышле�½�½ым компьютерам

и устройствам фирмы Advantech, пред

ставляющей пол�½ый �½абор оборудова

�½ия для проектирова�½ия самых раз�½о

образ�½ых систем управле�½ия и сбора

да�½�½ых. Далее я буду говорить лишь о

программ�½ом обеспече�½ии, а для �½ача

ла вер�½усь к PICО.

В качестве альтер�½ативы DOS, хоро

шо �½ам извест�½ой, �½о �½еприемлемой,

была предложе�½а �½еизвест�½ая, �½о драз

�½ящая своими возмож�½остями QNX.

Впервые эту операцио�½�½ую систему,

тогда еще версии 2.0, мы приме�½или в

1990 году и только �½а участке систем

ЭСПЦ. Там вызрела к тому време�½и

�½астолько тупиковая ситуация по даль

�½ейшему развитию АСУ ТП, что �½ика

кие �½овшества �½е смогли бы ее ухуд

шить. Сейчас, когда все системы АСУ

ТП ММЗ пол�½остью переведе�½ы под

QNX, опыт ее приме�½е�½ия приближа

Дуговая сталеплавиль�½ая печь

Маши�½а �½епрерыв�½ого литья

заготовок (МНЛЗ)

Таблица 1. Сетевая тех�½ология FLEET

Параметр

Терми�½

Fault tolerant

Load balancing

Свойства

Если од�½а физическая сеть вышла из строя, QNX перейдет �½а

использова�½ие других автоматически

При загруже�½�½ости од�½ого физического ка�½ала будет выбираться

cвобод�½ый

Сетевые драйверы QNX пол�½остью используют все аппарат�½ые

возмож�½ости сетевого оборудова�½ия для увеличе�½ия пропуск�½ой

способ�½ости

Для поддержки �½овых сетей требуются только �½овые драйверы

Так как �½ет раз�½ицы между локаль�½ым и сетевым взаимодействием

процессов, любые приложе�½ия могут работать в сети без

модификаций

Efficient

Extensible

Transparent

ется к десятилет�½ему рубежу, а число

узлов перевалило за 85, я подроб�½ее ос

та�½овлюсь �½а описа�½ии возмож�½остей

www.cta.ru

QNX. Мы проверили да�½�½ую операци

о�½�½ую систему �½е только в условиях

действитель�½о жесткого реаль�½ого вре

ме�½и, �½о и в условиях �½е ме�½ее жестко

го пресси�½га со сторо�½ы пользовате

лей, �½е прощающих �½и малейшего

простоя по ви�½е АСУ ТП.

Прежде всего, QNX является реаль�½о

мультизадач�½ой ОС, с гибкой системой

приоритетов и дисципли�½ диспетчери

зации, благодаря которой имеется пол

�½ая гара�½тия того, что процесс с �½аи

высшим приоритетом �½ач�½ет выпол

�½яться практически �½емедле�½�½о. Все

программы в системе защище�½ы друг

от друга, то есть любой сбой од�½ой из

программ �½е приводит к сбою всей сис

темы. Процессы свобод�½о обме�½ива

ются между собой, �½епосредстве�½�½о

или через распределе�½�½ые ресурсы, �½о

в любом случае �½езависимо от того, за

пуще�½ы о�½и �½а од�½ом и том же или �½а

раз�½ых компьютерах. Файловая систе

ма QNX приспособле�½а к слож�½ым ус

ловиям реаль�½ого производства. В�½е

зап�½ое отключе�½ие компьютера �½е

приводит к ее порче, после включе�½ия

будет обеспече�½а �½ормаль�½ая работа

системы. Сетевая тех�½ология OS QNX

под �½азва�½ием FLEET (табл. 1), поми

мо прочего, дает возмож�½ость работать

через �½есколько (до трех) сетевых ка�½а

лов од�½овреме�½�½о, причем раз�½ых —

Ethernet, Arcnet, Serial, Token Ring. Бо

лее того, сетевой ме�½еджер позволяет

СТА 1/2000

О Б З О Р

П Р О Г РА М М Н О Е О Б Е С П Е ЧЕ Н И Е

Сталь�½ая заготовка �½а выходе МНЛЗ

сети QNX работать с любыми устройст

вами, используя их драйверы. Таким

образом, без лиш�½их хлопот в QNX ре

ализова�½а тех�½ология удале�½�½ых ком

му�½икаций. Через модем мож�½о легко

подсоеди�½иться в качестве терми�½ала

или узла сети.

Строго говоря, узлы сети QNX по су

ществу действуют как мощ�½ый еди�½ый

компьютер. Ему доступ�½ы все устрой

ства и ресурсы, если только �½е уста�½ов

ле�½ы программ�½ые огра�½иче�½ия. Лю

бые диски, при�½теры, устройства сбора

да�½�½ых и прочее могут быть добавле�½ы

к системе простым подключе�½ием к

любой маши�½е в сети. Послед�½ее об

стоятельство особе�½�½о привлекатель�½о

для созда�½ия име�½�½о приклад�½ых сис

тем с распределе�½�½ыми ресурсами.

Открывшиеся возмож�½ости позво

лили сформировать структуру АСУ ТП

завода в соответствии со всем �½абором

присущих ей фу�½кций. Под QNX �½а

шлась хорошая и быстрая реляцио�½�½ая

база да�½�½ых Watcom SQL (около двух

лет �½азад мы перешли �½а Sybase SQL

Anywhere), что позволило в сочета�½ии

с сетевыми возмож�½остями создать об

щую заводскую тех�½ологическую и�½

формацио�½�½ую сеть. Началась пла�½о

мер�½ая работа по переводу старых сис

тем �½а �½овую ос�½ову, расшире�½ию и

развитию существующих, распростра

�½е�½ию АСУ ТП �½а вспомогатель�½ые

�½аправле�½ия. Появилась возмож�½ость

за�½иматься любимой работой програм

мистов — созда�½ием и улучше�½ием

сервиса, дизай�½ом программ.

К 1995 году мы твердо встали �½а �½оги.

Управляющие, отчет�½о учет�½ые тылы

оказались �½адеж�½о прикрытыми. Мы

�½ем�½ого вздох�½ули, огляделись и тут же

�½ашли �½овую голов�½ую боль — оче�½ь

�½есовреме�½�½ый урове�½ь визуализации;

потребовалась графика. По�½имая, что

созда�½ие графических приложе�½ий с

помощью библиотеч�½ых фу�½кций, по

ставляемых вместе с компилятором

Watcom C, разрешит проблему лишь �½а

оче�½ь короткое время, мы озаботились

приобрете�½ием пол�½оце�½�½ой графиче

СТА 1/2000

Сортовая ли�½ия прокат�½ого ста�½а

ской среды. Из предлагаемых ры�½ком

QNX Windows, X Windows под OS QNX

и Photon мы оста�½овились �½а послед

�½ей. Что определило �½аш выбор: в�½еш

�½ее впечатле�½ие, малый объем за�½има

емой оператив�½ой памяти или построе

�½ие по тех�½ологии микроядра, соответ

ствующей QNX, — труд�½о сейчас отве

тить од�½оз�½ач�½о. Разработка графичес

ких приложе�½ий �½ас �½е пугала. Мы рас

суждали так: AppBuilder является до

воль�½о мощ�½ым средством, работать

руками �½ам �½е привыкать, время �½а ос

вое�½ие, �½ако�½ец, есть.

Жиз�½ь, как всегда, рассудила по сво

ему. Реко�½струкция СПЦ в 1997 году,

когда ста�½ впервые в мире переводился

�½а так �½азываемую двух�½иточ�½ую про

катку, заставила форсировать события.

Требовалось за какие то полгода со

здать совреме�½�½ые операторские ста�½

ции и�½формацио�½�½ых систем. Ситуа

ция обострялась тем, что поставляемые

вместе с �½овым оборудова�½ием рабочие

места систем визуализации, параметри

рова�½ия и управле�½ия (СВПУ) реали

зова�½ы в графическом пакете Factory

Link под управле�½ием OS/2. Наши про

изведе�½ия рядом с продуктами такого

гига�½та �½икак �½е имели права иметь

блед�½ый вид, а у �½ас в тот моме�½т — �½и

какого опыта в созда�½ии графических

приложе�½ий. Спасти положе�½ие могла

только SCADA под QNX.

Ни од�½а из извест�½ых SCADA того

време�½и (RealFlex, Sitex, AutoNet, PCP

Virgо и другие) �½е была реализова�½а

под Photon. Уже ставился вопрос об от

казе от успевшего полюбиться �½ам

Photon в пользу �½аиболее титулова�½�½о

го и в такой же степе�½и дорогого

www.cta.ru

О Б З О Р

П Р О Г РА М М Н О Е О Б Е С П Е ЧЕ Н И Е

Рис. 2. Глав�½ая па�½ель АСУ обжига извести

RealFlex под QNX Windows, как �½а го

ризо�½те блес�½ула удача. На ры�½ок вы

шел отечестве�½�½ый пакет для проекти

рова�½ия систем ко�½троля и управле�½ия

под Photon разработки са�½кт петер

бургской фирмы «SWD Системы Ре

аль�½ого Време�½и» — RTWin. Впрочем,

про «блеск удачи �½а горизо�½те» я могу

говорить сегод�½я, а тогда в который раз

приходилось рисковать. Правда, риск

был обос�½ова�½�½ым. Делалась ставка �½а

географическую близость разработчи

ка, отсутствие языковых барьеров, �½а

ко�½ец, �½а их компете�½т�½ость и ответст

ве�½�½ость, благожелатель�½ость, готов

�½ость помочь, словом, �½а обыч�½ые че

ловеческие качества. Все эти �½адежды

в пол�½ой мере оправдались. В короткое

время с помощью RTWin были созда�½ы

два перве�½ца — «Автоматизирова�½�½ая

и�½формацио�½�½ая система ста�½а» и

«АСУ �½агрева заготовок», которые ус

пеш�½о эксплуатируются до сих пор,

�½аработав двухгодич�½ый стаж.

Поскольку ос�½ов�½ым достои�½ством

RTWin в �½аших глазах �½а все време�½а

оста�½ется тот факт, что о�½ выручил �½ас

в �½уж�½ый час, я предлагаю изучить ос

таль�½ые или �½а практике, или же посе

тив сайт www.swd.ru. Здесь же хочу ос

та�½овиться �½а �½е

достатках пакета.

Их мож�½о объеди�½ить в од�½у группу —

�½екоторая «сырость», по причи�½е мо

лодости. Но, как извест�½о, молодость

— это тот �½едостаток, который обяза

тель�½о проходит. И име�½�½о этот про

цесс мы �½аблюдаем. Продукты RTWin

из�½ачаль�½о отличались устойчивос

тью. А вот в пла�½е удобства разработок,

допол�½итель�½ого сервиса и �½овых воз

мож�½остей есть еще широкое поле дея

тель�½ости. Поскольку мы только �½ачи

�½аем ставить вопрос о безуслов�½ом

приме�½е�½ии RTWin в �½овых разработ

ках, даже в �½едрах �½ашего коллектива

имеются как ярые сторо�½�½ики RTWin,

так и приверже�½цы разработки прило

же�½ий �½епосредстве�½�½о с помощью

AppBuilder. Это �½ормаль�½о и естест

ве�½�½о, тем более, что оба �½аправле�½ия

�½уж�½ы. Следует только разделить их

целевые �½аз�½аче�½ия: системы реаль�½о

го време�½и проектировать с помощью

SCADA, а запускаемые приложе�½ия —

мож�½о �½апрямую.

Кстати, оди�½ из послед�½их проектов

«АСУ обжига изве

сти» (рис. 2) был

созда�½ в пожар�½ом

Рис. 3. Глав�½ая па�½ель и�½формацио�½�½ой системы

сортопрокат�½ого цеха для оператора поста управле�½ия

ли�½ией охлажде�½ия бу�½тового проката

порядке за 20 д�½ей, запуще�½ в эксплуа

тацию в июле 1999 года, фу�½кцио�½иру

ет без вмешательства службы сопро

вожде�½ия и до сей поры �½е дал �½и од

�½ого сбоя. Хорошая и�½формация к раз

мышле�½ию, �½е правда ли?

В �½астоящее время системы АСУ ТП

ММЗ (за исключе�½ием упоми�½авших

ся систем СВПУ сортопрокат�½ого це

ха) реализова�½ы под OS QNX 4.25, в

качестве базы да�½�½ых используется

Sybase SQL Anywhere 5.50.00. В области

графики

приме�½яются

Photon

microGUI 1.13 и CACSD RTWin 2.1. На

84 узлах глобаль�½ой и 5 узлах локаль

�½ых сетей QNX обращаются около 30

различ�½ых систем верх�½его уров�½я, ох

ватывающих ЭСПЦ, СПЦ и целый ряд

вспомогатель�½ых

подразделе�½ий.

Больши�½ство из �½их имеют графичес

кий и�½терфейс, примеры которого

представле�½ы �½а рис. 3, 4.

В �½астоящее время доработка старых

систем в пла�½е добавле�½ия графичес

кого и�½терфейса пользователя являет

Холодиль�½ик сортовой ли�½ии прокат�½ого ста�½а

www.cta.ru

Рис. 4. Визуализация АСУ ТП «ДСП 2», приложе�½ие

AppBuilder под Photon

СТА 1/2000

Plik z chomika:

fred1144

software2_2000_1.pdf

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: