Например, модуль ТПТС51.1717 специально разработан для управления исполнительными механизмами и является наиболее распространенным в системе автоматизации ТПТС. Один такой модуль выполняется следующие функции:
автоматическое управление одновременно несколькими исполнительными механизмами по заданному алгоритму;
автоматизированное управление исполнительными механизмами с рабочей станции оператора с отображением информации о состоянии оборудования на экране;
дистанционное управление посредством ключей со щита управления;
сигнализация состояния оборудования на средствах индикации щита управления;
связь с другими функциональными модулями через шину ввода/вывода или через шину процесса для образования сложных контуров управления.
Самодиагностика, диагностика линий связи и контролируемого технологического оборудования.
Функциональные модули имеют следующие интерфейсы:
интерфейс шины ввода/вывода (базовый соединитель X1);
аппаратный интерфейс для связи с периферийными устройствами (базовый соединитель Х2);
последовательный интерфейс «токовая петля» (соединитель на передней панели модулей).
Интерфейс шины ввода/вывода представляет собой параллельную шину, состоящую из 8-разрядной шины данных, 12-разрядной адресной шины и шины управления. Интерфейс служит для обмена данными между функциональными модулями приборной стойки через центральный модуль (EAS). Обмен данными по шине ввода/вывода осуществляется с помощью соответствующего драйвера в центральном модуле через передающую оперативную память функционального модуля, доступ для чтения и записи к которой имеют как процессор самого модуля, так и процессор центрального модуля.
Через аппаратный интерфейс к функциональным модулям подключаются кабели, идущие от датчиков и исполнительных механизмов, а также от щитов и панелей управления (напрямую или через кроссовые шкафы или шкафы промежуточных реле).
Электропитание функциональных модулей осуществляется от источника питания напряжением +24 В.. Каждый модуль имеет собственный встроенный блок питания.
Функционирование модуля определяется содержимым трех видов процессорной памяти.
Набор базовых функций (встроенных подпрограмм) определяет назначение и тип модуля. Они хранятся в постоянной "флэш-памяти" FEPROM (ПЗУ) на заводе-изготовителе и недоступны для изменения разработчику прикладных алгоритмов и эксплуатирующему персоналу. Базовые функции разработаны и верифицированы разработчиком функционального модуля и являются неотъемлемым свойством модуля данного типа. Базовые функции сохраняются в модуле в течение всего срока службы во всех оговоренных в документации условиях хранения и эксплуатации.
Прикладные алгоритмы располагаются в постоянной электрически перепрограммируемой памяти (EEPROM). Прикладные алгоритмы представлены в модуле в виде таблицы, определяющей связи между базовыми функциями. Данная таблица формируется средствами конфигурирования и помещается в EEPROM (ППЗУ) модуля на завершающем этапе проектирования прикладных алгоритмов. Возможна корректировка прикладных алгоритмов в период наладки и эксплуатации ПТК на объекте.
Память с произвольным доступом (RAM) служит для хранения текущих значений переменных, а также для приема/ передачи информации по шине ввода/вывода.
Всё адресное пространство модуля жестко распределено. Динамическое выделение памяти не используется. Все настраиваемые параметры объединены в массивы и для них выделена отдельная область памяти. То есть, адрес каждого параметра определяется явно на этапе формирования программной компоненты модуля. Часть ячеек памяти жестко привязана к конкретной базовой функции (это функции ввода-вывода и др.), часть может быть использована произвольно с функциями, не имеющими фиксированных ячеек памяти (арифметические, логические функции и др.).
Базовые функции
Базовые функции делятся на алгоритмические, обеспечивающие выполнение заданных алгоритмов работы, и служебные, необходимые для организации работы модулей в системе автоматизации. В состав алгоритмических базовых функций входят функции общего назначения, которые имеются в каждом функциональном модуле. К ним относятся:
Функции вычислений (сложение, вычитание, деление, умножение, максимум, минимум, квадратный корень, логарифм, экспонента и т.п.).
Функции вычислений, зависящие от времени (инерционное звено, интегрирующее звено, дифференцирующее звено и т.п.).
Логические функции (И, ИЛИ, ИЛИ-НЕ, И-НЕ, исключающее ИЛИ, эквивалентность и т.д.).
Запоминающие элементы (триггеры с различными входами и приоритетами).
Функции формирования импульсов и задержек.
Функции выбора и замещения.
Функции интерполяции.
Интерфейсные функции и др..
Специализированные функции
Кроме этого, имеется набор специализированных, «технологических» функций, которые являются характерными для тех областей применения, в которых используется программно-технические средства ТПТС. К ним относятся:
Функции управления отдельными исполнительными механизмами.
Функции регулирования.
Функции переключения агрегатов и т.д.
Эти функции распределяются по модулям в зависимости от назначения модулей.
К служебным базовым функциям относятся: функция инициализации, функция обновления данных, функция резервирования, функция обмена данными, функция организации циклической работы модуля, функция самоконтроля и т.д.
В модулях постоянно (циклически) выполняется исчерпывающий самоконтроль аппаратных средств, памяти, базовых функций и прикладных конфигураций. При обнаружении неисправности сигнал об этой неисправности немедленно направляется оператору с указанием места возникновения этой неисправности. Помимо этого возникшая неисправность индицируется аппаратными средствами индикации, имеющимися на передней панели модуля, а также передается на средства индикации приборной стойки.
Конфигурирование функциональных модулей
Настройка модуля на конкретный алгоритм функционирования производится путем ввода в EEPROM модуля двоичной таблицы, задающей схему соединения базовых функций в конкретный прикладной алгоритм и задания необходимых значений параметров для параметризируемых функций.
Такая настройка в системе автоматизации ТПТС называется
конфигурированием. Процесс конфигурирования модулей производится с помощью системы конфигурирования GET-R. Графический язык системы позволяет задать требуемую конфигурацию модуля в виде простой схемы из базовых функций, образы и логика которых хранятся в библиотеках и вызываются на экран из соответствующих меню, имеющихся для каждого функционального модуля. Такой способ создания конфигурации является весьма наглядным и позволяет быстро и с малой вероятностью ошибки задать нужный алгоритм функционирования модуля.
В результате конфигурирования формируется три вида информации:
графическое представление прикладного алгоритма в виде схемы соединения базовых функций;
таблица соединения и параметрирования базовых функций (таблица конфигурации) в бинарном представлении.
текстовое представление таблицы конфигурации базовых функций.
Таблица конфигурации заносится в EEPROM модуля и сохраняется сколь угодно долго при отключенном питании и всех условиях хранения и эксплуатации. Отличие от базовых функций заключается в том, что конфигурация модуля может быть изменена потребителем при помощи той же системы конфигурирования GET-R, которая поставляются вместе с системой автоматизации, а базовые функции для изменения потребителем недоступны.
Система конфигурирования GET-R имеет встроенные средства проверки правильности разработанной конфигурации модуля, которые не позволяют сформировать загружаемый в модуль код, в котором имеются ошибки.
Модуль можно конфигурировать как изолированно, так и в составе уже работающей системы автоматизации. Для этого к системе автоматизации через шину процесса подключается инженерная станция с установленной системой конфигурирования GET-R и проектом системы автоматизации. Для систем высокой ответственности, например для систем безопасности АЭС, таблица конфигурации может быть "заблокирована" для эксплуатационного персонала, и ее модификация может быть осуществлена только лицом, имеющим необходимые полномочия и специальное оборудование.
Конфигурирование как процесс настройки модуля на выполнение заданного алгоритма функционирования уже имеет весьма мало общего с программированием в общепринятом смысле этого слова. Это, скорее ближе к аппаратному способу составления схем, что позволяет говорить о создании систем управления чисто проектным путем, При этом конфигурирование могут выполнять специалисты-проектировщики, не обладающими навыками программирования. Кроме того, подтверждение правильности функционирования системы может также проводиться по привычным методикам тестирования чисто аппаратных систем с жесткой логикой.
Оборудование для конфигурирования функциональных модулей
Инженерная станция
Предназначена для разработки, корректировки, документирования, сохранения и загрузки прикладных алгоритмов для программно-технических комплексов (ПТК), построенных на базе аппаратуры ТПТС на этапах наладки и работ, связанных с заменой модулей или программного обеспечения.
В состав комплекта оборудования инженерной станции входит несколько, как минимум, два персональных компьютера, работающих в сети со структурой «клиент - сервер», обеспечивающие связь с шиной EN для обеспечения возможности просмотра и загрузки кодов в модули приборных стоек, а также устройства вывода информации на печать.
Сеть сервер-клиент для инженерной станции GET-R
На сервере GET-R хранится база данных ПТК, являющаяся основой для работ по конфигурированию, проведению изменений и формированию документов. В случае если проводимые изменения в ПТК вызывают необходимость переконфигурирования верхнего уровня, на этой же машине осуществляется формирование исходных данных, необходимых для изменения рабочих баз данных СВБУ.
Система конфигурирования GET-R работает под операционной системой Linux.
Графический язык системы позволяет задать требуемую конфигурацию функционального модуля в виде простой схемы из базовых функций модулей, образы и логика которых (функциональные блоки) хранятся в библиотеках и вызываются на экран из соответствующих меню. Такой способ создания конфигурирования является весьма наглядным и позволяет быстро и с малой вероятностью ошибки задать нужный алгоритм функционирования модуля или изменить его.
Система конфигурирования позволяет:
создавать схемы соединений и функциональные схемы, описывающие алгоритм функционирования модуля, с помощью встроенного графического редактора;
формировать и загружать в модули подготовленные загрузочные файлы;
сохранять и копировать проектные данные;
формировать списки сигналов, телеграмм, операндов и т.п., упорядоченные по различным признакам;
контролировать проведение изменений;
определять несоответствия между программными конфигурациями, загруженными в модули и хранящимися в системе GET-R;
обеспечить защиту от несанкционированного доступа при помощи разграничения прав доступа к проектным данным для разных категорий пользователей и системы паролей.
Программатор
Программатор типа ТПТС54.3310 представляет собой вспомогательное средство конфигурирования функциональных модулей, которое может использоваться при наладке ПТК, в основном, для настройки отдельных параметров системы, таких, например, как параметры регуляторов. После проведения испытаний, подтверждающих правильность подобранных параметров, они вносятся в документацию и конфигурацию системы при помощи инженерной станции.
Программатор можно также использовать для просмотра состояния внутренних переменных модулей, для имитации сигналов на входах и выходах модулей ТПТС при проведении, например, калибровки измерительных каналов, а также как средство загрузки в модули загрузочных файлов, созданных на инженерной станции.
Программатор может подключаться к приборным стойкам через шину EN (в этом случае он будет иметь доступ ко всем модулям приборных стоек, подсоединенных к шине), а также к отдельным модулям при помощи соединителей интерфейса “токовая петля” на передних панелях модулей ТПТС. При подключении к шине EN программатор становится абонентом шины EN.
Программатор с загруженной программой STRUK
Интерфейс обмена данными с ИВС
Связь ПТК с ИВС по системной шине ТПТС обеспечивает модуль ТПТС51.1332 (EAS). В состав БПО модуля входят интерфейсные программные блоки – драйверы,
с помощью которых организован обмен данными по системной шине ПТК.
Модуль УК обеспечивает обмен аналоговыми и двоичными данными, используя следующие механизмы:
циклическая передача аналоговых значений от ПТК в СВБУ;
циклическая передача двоичных значений от ПТК в СВБУ;
событийная передача аналоговых значений от ПТК в СВБУ;
событийная передача двоичных значений от ПТК в СВБУ;
передача аналоговых значений от ПТК по запросу СВБУ;
передача двоичных значений от ПТК по запросу СВБУ;
передача аналоговых значений от СВБУ в ПТК;
передача двоичных значений от СВБУ в ПТК.
Оборудование шины EN
Шина EN используется для обмена цифровыми данными между отдельными устройствами системы контроля и управления. Это высокоскоростная шина (100 Мбит/с), для которой транспортное время практически не зависит от удаленности абонентов и их количества.
Шина EN обеспечивает:
информационную связь между приборными стойками;
обмен информацией между приборными стойками и СВБУ;
возможность подключения устройств конфигурирования для ввода и корректировки прикладных алгоритмов функциональных модулей;
возможность синхронизации времени всех подключенных абонентов.
Шина EN работает в режиме полного дуплекса в соответствии со стандартным протоколом LLC (IEEE 802.2/ISO 8802-2:1998). Для передачи используются режим передачи данных без установления соединения, но с подтверждениями передачи (с квитированием).
Среда передачи данных
В шине EN используется два основных типа среды передачи данных:
витая пара;
оптическое волокно.
Витая пара используется для передачи данных на расстояния до 100 м. В зависимости от уровня помех возможно использование неэкранированной или экранированной витой пары.
Для передачи на большие расстояния или для дополнительной устойчивости к помехам используется оптическое волокно. В зависимости от расстояния используется многомодовое волокно (расстояние до 3 км), либо одномодовое (расстояние до 26 км).
Коммутаторы
Коммутаторы предназначены для объединения абонентов в единую систему. Порты коммутаторов условно разделяются на два типа – “абонентские” и “магистральные”. Через абонентские порты осуществляется подключение EN-модулей абонентов (приборных стоек или ЭВМ, выполняющих функцию связи с СВБУ). Магистральные порты служат для объединения коммутаторов. Два соединенные друг с другом магистральных порта образуют магистральное звено. С помощью таких магистральных звеньев осуществляется объединение коммутаторов в единую магистраль, образующую виртуальное кольцо.
Шлюз
Блок шлюза сопряжения (БШС) устанавливается в приборные стойки (ПС) ТПТС и предназначен для информационного сопряжения программно-технических комплексов (ПТК) на базе программно-технических средств ТПТС и системы верхнего блочного уровня управления (СВБУ) в автоматизированной системе управления технологическими процессами (АСУ ТП).
Шлюз осуществляет информационное сопряжение ПТК и СВБУ путем:
приема данных от ПТК по EN-шине и передачи их в СВБУ;
приема команд от СВБУ и передачи их в ПТК;
синхронизации собственного времени по времени СВБУ и, в зависимости от применения БШС, синхронизации времени ПТК по собственному времени.
Программное обеспечение средств АСУ ТП.
Программное обеспечение нижнего уровня.
Программное обеспечение ТПТС
Как уже отмечалось выше, программное обеспечение ТПТС состоит из следующих компонентов:
1) внутреннее ПО;
2) инструментальное ПО.
Внутреннее ПО состоит из следующих компонентов:
1) базового программного обеспечения;
2) прикладного программного обеспечения.
В состав базового программного обеспечения входят следующие стандартные программы:
стандартные системные программы, реализующие функции управления системой и передачи информации в реальном масштабе времени;
стандартные программные блоки (программные блоки функциональных модулей и интерфейсные блоки УИ), реализующие элементарные функции управления и обработки информации.
Данные программы ТПТС записаны в постоянные запоминающие устройства ПЗУ модулей при их изготовлении и не могут быть изменены пользователем. При этом каждый тип модуля имеет свой набор программных блоков.
Стандартные системные программы ТПТС выполняют следующие функции:
1) управление резервированием;
2) формирование сигналов прерывания в функциональных модулях;
3) обработка сигналов прерывания в модуле EAS;
4) ведение единого времени;
5) реализация сетевых протоколов и обмен информацией с абонентами сети;
6) диагностика технических и программных средств.
Стандартные программные блоки функциональных модулей включают в себя блоки, общие для всех модулей и специфические для каждого типа модулей.
Программные функциональные блоки, общие для всех модулей выполняют такие элементарные функции, как сложение, умножение, определение максимального значения, интегрирование, дифференцирование и т.д. для аналоговых переменных, логические операции И, ИЛИ и т.д. для дискретных переменных.
Набор программных специфических блоков включает в себя такие блоки, как блоки ввода/вывода аналоговых сигналов и сигнализации отклонений для модулей ввода и обработки аналоговых сигналов, блоки ввода дискретных сигналов, шагового и группового управления для модулей ввода и обработки дискретных сигналов.
