Уфа 2011

УДК 004.9(07)

ББК 32.97я7

М91

Утверждено Редакционно-издательским советом УГНТУ

в качестве учебного пособия

Рецензенты:

Заслуженный деятель науки и техники РФ, зав. кафедрой технической кибернетики Уфимского государственного авиационного технического университета,

д-р техн. наук, профессор Б.Г. Ильясов

Проректор по научной работе Стерлитамакской государственной педагогической академии,

д-р техн. наук, профессор А.Л. Галиев

Муравьева Е.А.

М91 Интегрированные системы проектирования и управления: учеб. пособие. – Уфа: Изд-во УГНТУ, 2011. – 354 с.

ISBN 978-5-7831-0781-8

Учебное пособие предназначено для студентов специальности 220301 «Автоматизация технологических процессов и производств» со специализацией «Компьютерные системы управления в производстве и бизнесе», изучающих дисциплину «Интегрированные системы проектирования и управления». Рекомендуется в качестве основной литературы по указанному предмету.

ISBN 978-5-7831-0781-8

Ó Уфимский государственный нефтяной

технический университет, 2011

Ó Муравьева Е.А., 2011

Оглавление

Список сокращений. 8

Введение. 14

Глава 1.
Основные понятия интегрированной системы.. 15

1.1 Управление производсвтом на основе интегрированных систем
проектирования и управления. 15

1.1.1 Определение интегрированной системы проектирования и управления. 16

1.1.2 Принципы построения современных интегрированных систем.. 17

Глава 2.
Функции и структуры интегрированных систем.. 21

2.1 Требования к интегрированным системам управления. 21

2.1.1 Эксплуатационные характеристики SCADA-систем.. 21

2.1.2 Жесткое реальное время для Windows NT. 29

2.1.3 Интеграция многоуровневых систем автоматизации. 29

2.1.4 Сравнительный анализ и тестирование SCADA-систем.. 30

2.1.5 Выводы.. 33

2.2 Этапы создания и функциональные характеристики систем управления. 34

2.2.1 Этапы создания системы диспетчерского контроля и управления. 34

2.2.2 Функциональные характеристики SCADA-систем.. 36

2.2.3 Функциональные возможности. 36

2.2.4 Программно-аппаратные платформы SCADA-систем.. 37

2.2.5 Средства сетевой поддержки. 38

2.2.6 Встроенные командные языки. 39

2.2.7 Поддерживаемые базы данных. 40

2.2.8 Графические возможности. 40

2.2.9 Тренды и архивы в SCADA-системах. 41

2.2.10 Алармы и события в SCADA-системах. 42

Глава 3.
Взаимосвязь процессов проектирования, подготовки производства и управления производством 46

3.1 Стандарты управления предприятием: MRP, MRP II, ERP, CSRP. 46

3.1.1 Material Requirements Planning. 47

3.1.2 Material Requirements Planning II. 50

3.1.3 Enterprise Resourse Planning. 53

3.1.4 Customer-Synchronized Recourse Planning. 53

3.2 Семейство стандартов на системы качества. 55

3.2.1 ISO-9000: кому это нужно?. 55

3.2.2 Тезисное выражение требований ISO-9000. 57

3.2.3 Общие положения. 58

3.2.4 Проблемы внедрения и развития систем качества. 59

3.3 Модули для автоматизации финансово-экономических процессов
производства: MES, EAM, HRM... 61

3.3.1 MES – система управления производством.. 61

3.3.2 EAM – управление основными фондами, техническим обслуживанием и ремонтами. 68

3.3.3 HRM – управление персоналом и работами. 72

Глава 4.
Математическое, методическое и организационное обеспечение,
программно-технические средства для построения
интегрированных систем проектирования и управления. 74

4.1 Нижний уровень интегрированных систем управления. 74

4.1.1 Классификация устройств нижнего уровня. 74

4.1.2 Концевой выключатель. 76

4.1.3 Интеллектуальный датчик. 80

4.1.4 Устройства HART-коммуникации. 86

4.1.5 Бесконтактный датчик. 89

4.1.6 Исполнительные устройства. 93

4.2 Основные технические характеристики контроллеров
и программно-технических комплексов. 99

4.2.1 Характеристика процессора. 100

4.2.2 Характеристика каналов ввода-вывода контроллеров. 102

4.2.3 Коммуникационные возможности контроллеров. 105

4.2.4 Эксплуатационные характеристики. 106

4.2.5 Программное обеспечение. 107

4.3 Стандартные языки программирования контроллеров. 108

4.3.1 Общие сведения по языкам программирования контроллеров. 108

4.3.2 Инструментальные системы программирования контроллеров. 112

4.3.3 Этапы программирования ПЛК в среде Unity Pro XL.. 113

4.3.4 Примеры программы на языках FBD, LD, SFC, ST, IL.. 117

4.4 Контроллер MODICON M340. 120

4.4.1 Общие сведения. 120

4.4.2 Процессорные модули. 121

4.4.3 Модули питания. 123

4.4.4 Модули дискретного ввода/вывода. 124

4.4.5 Модули аналогового ввода/вывода. 127

4.4.6 Счетные модули. 131

4.4.7 Модули управления перемещением.. 134

4.4.8 Сеть Ethernet Modbus/TCP. 135

4.4.9 Сетевые модули Ethernet Modbus/TCP. 136

4.5 Частотный преобразователь ALTIVAR 31H.. 137

4.6 Протоколы, сети и шины.. 142

4.7 Общее описание операционных систем реального времени. 154

4.7.1 Основные понятия. 154

4.7.2 Требования, предъявляемые к операционным системам реального времени при проектировании 157

4.7.3 Особенности операционных систем реального времени. 158

4.7.4 Прерывания. 161

4.7.5 Часы и таймеры.. 161

4.7.6 Стандарты ОСРВ.. 162

4.7.7 Настраиваемость операционных систем.. 166

4.8 Характериски наиболее распространенных
операционных систем реального времени. 167

4.8.1 QNX.. 167

4.8.2 VxWorks/Tornado. 168

4.8.3 Linux. 171

4.8.4 RT-Linux. 172

4.8.5 RTEMS. 173

4.8.6 Расширения реального времени для Windows NT. 178

4.8.7 RTX для Windows NT. 178

4.8.8 INtime. 180

4.8.9 Microsoft Windows Embedded. 181

4.8.10 LynxOS. 182

4.9 Базы данных реального времени. 183

4.9.1 Введение. 183

4.9.2 Поддержка целостности в классических СУБД.. 184

4.9.3 Протоколы управления транзакциями в СУБД реального времени. 186

4.9.4 Системы с устаревшими данными. 190

4.9.5 Корректность транзакций. 191

4.9.6 Выбор периода для сенсорных транзакций. 192

4.9.7 Выбор версии непрерывного объекта. 193

4.9.8 Как бороться с перегрузкой системы из-за обилия сенсорных транзакций?. 193

4.9.9 Когда обновлять выводимые объекты?. 194

4.9.10 Как понизить количество анормальных завершений?. 194

4.9.11 Диспетчеризация транзакций. 195

4.9.12 Оптимизация под конкретную систему. 196

4.9.13 Использование сложных моделей транзакций. 197

4.9.14 Атрибуты транзакции. 198

4.9.15 Приоритет «непосредственной» транзакции. 199

4.9.16 Приоритет «отложенной» транзакции. 200

4.9.17 Заключение. 201

4.10 Серверы.. 202

Введение. 202

4.10.1 Виды серверов. 202

4.10.2 Особенности современных серверов. 207

4.10.3 Особенности архитектуры.. 209

4.10.4 Серверы ведущих мировых производителей. 211

4.10.5 Серверы российского производства. 212

4.10.6 Проекты с участием серверов. 213

Глава 5.
SCADA-системы, их функции и использование для проектирования
автоматизированных систем управления, документирования,
контроля и управления сложными производствами отрасли. 218

5.1 Функции интегрированных систем проектирования и управления. 218

5.1.1 TRACE MODE 6: Интегрированная среда разработки. 220

5.1.2 OPC-сервер. 230

5.1.3 Исполнительные модули ИС TRACE MODE® 6. 231

5.2 Математическое в программном комплексе TRACE MODE 6. 241

5.2.1 Принцип работы монитора. Канал TRACE MODE 6. 242

5.2.2 Обеспечение работы распределенных АСУ.. 243

5.2.3 Резервирование. 244

5.2.4 Автопостроение. 244

5.2.5 Математическая обработка данных. 244

5.2.6 Архивирование каналов узла. 245

5.2.7 Архивирование каналов проекта. 245

5.2.8 Отчет тревог и генерация сообщений. 245

5.2.9 Файл восстановления. 246

5.2.10 Графический интерфейс оператора. 246

5.2.11 Генерация документов (отчетов) 246

5.2.12 Защита проекта, его конвертирование. 247

из предыдущих версий TRACE MODE.. 247

5.2.13 Документирование проекта TRACE MODE.. 247

5.2.14 Объектно-ориентированное проектирование. 247

5.2.15 Распределенное групповое проектирование. 247

5.3 Методические принципы разработки проекта в ИС.. 247

5.3.1 Технология разработки проекта в ИС.. 248

5.3.2 Пример создания проекта. 249

5.4 Организационное обеспечение:
классификация объектов структуры проекта в Trace Mode 6. 268

5.4.1 Классификация компонентов. 268

5.4.2 Классификация слоев. 271

5.4.3 Классификация узлов. 272

5.4.4 Назначение групп источников (приемников) 273

5.4.5 Назначение группы «COM-порты». 287

5.4.6 Назначение группы «Словари сообщений». 287

5.4.7 Назначение групп слоя «Библиотеки компонентов». 287

5.4.8 Назначение групп клемм.. 287

5.4.9 Назначение прочих групп. 287

5.5 Структура проекта TRACE MODE 6. 288

5.5.1 Редактирование структуры проекта. 288

5.5.2 Окно свойств объекта структуры проекта. 304

5.6 Описание редакторов TRACE MODE 6. 308

5.6.1 Редакторы объектов структуры проекта. 308

5.6.2 Редакторы источников (приемников) 316

5.6.3 Редактор группы шаблонов экранов. 320

5.6.4 Вкладки редактора узла. 326

Глава 6.
Примеры применяемых в отрасли SCADA-систем.. 336

6.1 VIJEO LOOK – система класса «человеко-машинный интерфейс» (HMI) 336

6.1.1 Представление HMI. 336

6.1.2 Совместимость приложений Vijeo Look. 337

6.1.3 Установка продукта Vijeo Look. 337

6.1.4 Основные инструменты Vijeo Look. 337

6.1.5 Панели инструментов в Vijeo Look. 339

6.1.6 Описание основных функций меню «Вставка». 340

6.1.7 Описание основных функций меню
«Инструменты\Приложение\Настройка редактора». 342

6.1.8 Настройки OFS Конфигуратора. 343

Глава 7.
Пример проекта системы управления в TRACE MODE 6. 347

7.1 Проект «Автоматизированный участок получения пара
с применением электропарогенератора». 347

7.1.1 Описание технологического процесса. 347

7.1.2 Создание проекта. 348

7.1.2.1 Описание параметров. 348

7.1.2.2 Описание графических экранов и программ.. 348

7.1.2.3 Заполнение базы данных. 358

7.1.2.4 Составление схемы переходов. 361

Список литературы.. 363