SCADA, АСУ ТП, контроллеры – основная тематика журнала «ИСУП»
Журнал «Информатизация и Системы Управления в Промышленности» публикует тематические материалы посвященные SCADA, АСУ ТП, контроллерам, автоматизации в промышленности.

Новое поколение автоматики от МЗТА: программно – технический комплекс Комега

В статье рассказывается о новинке компании ОАО МЗТА – линейке “Smart” программно – технического комплекса Комега, который является развитием хорошо известного специалистам по автоматизации комплекса Контар.

ОАО «МЗТА», г. Москва

MZTA.png

Введение

Многолетний опыт применения программно – технического комплекса (ПТК) Контар показал, что основные направления развития комплекса, такие как переход к свободно программируемым контроллерам, активное развитие технологий диспетчеризации, использование Интернет - технологий для удаленной диспетчеризации и пусконаладки, оказались стратегически верными.

Но жизнь не стоит на месте, потребности рынка растут, увеличиваются требования к системам автоматизации. Выявились и некоторые ограничения ПТК Контар, такие как небольшая вычислительная мощность контроллера, ограниченный объем его памяти для программы и архива.

Активная работа с потребителями, анализ растущих потребностей рынка и прогнозы на перспективу привели к началу новой разработки – ПТК Комега, которая сейчас запускается в серийное производство.

Линейка “Smart” ПТК Комега обладает несравненно более мощными аппаратными ресурсами: процессор вместо 8-и разрядного стал 32-х разрядным, объемы оперативной и flash памяти выросли с сотен килобайт до сотен мегабайт.

Существенной переработке подверглась и программная часть: вместо отдельных программ Конграф и Контар АРМ создан единый инструмент kStudio для параллельной разработки алгоритма управления и системы диспетчеризации, что существенно упрощает задачу проектировщика. Наряду с языком функциональных блоков (FBD) появился и структурированный текст (ST) для разработки алгоритма.


Обзор аппаратной части

Практика внедрения Контар показала, что наряду с распределенными системами, когда каждый контроллер находится вблизи автоматизированного оборудования, в равной степени востребовано решение, когда все контроллеры размещаются в шкафу автоматики. Для максимально компактного размещения в шкафу новые контроллеры Smart получили новый форм-фактор (рис. 1). Преемственность с контроллерами Контар осталась в способе монтажа - на DIN-рейку.

Ris_1.gif

Рис. 1. Рис. 1. Внешний вид контроллеров линейки Smart ПТК Комега.

Разработаны следующие модули аппаратной части: вычислительные модули К.С и К.Е, модули расширения аналоговых K.A и дискретных K.D сигналов, модуль GSM модема K.M, модуль питания K.P.

Информационный обмен между модулями осуществляется по шине I2C, проложенной внутри DIN-рейки. Питание всех модулей (5 VDC) осуществляется от общего блока питания K.P, что позволяет сократить стоимость каждого модуля.

Вычислительные модули К.С и К.Е построены на процессоре ARM Cortex-A8 (600 МГц), на базе ОС Embedded Linux. Они имеют интерфейсы Ethernet, 2хRS-232, 2хRS-485, слот для установки MicroSD карты, часы-календарь, сторожевой таймер, энергонезависимую память.

Модуль К.Е имеет еще аналоговые каналы (8 входных и 4 выходных) и дискретные каналы (6 входных и 6 выходных). По количеству входов и выходов модуль контроллера К.Е примерно соответствует одному из основных контроллеров Контар – МС12, и его хватает для автоматизации небольшой установки. Таким образом, он вполне способен реализовать концепцию распределенного управления.

К контроллеру К.Е (или К.С) можно подключить до 10 модулей расширения каждого вида (К.А и K.D).

Модуль расширения дискретных каналов K.D имеет 16 программноконфигурируемых каналов входов/выходов. Все они типа «сухой контакт», в качестве выходного ключа используются транзисторы (24 VDC), напряжение входного ключа – 5 VDC. Можно программно настроить направление каждого канала – вход или выход.

Модуль расширения аналоговых каналов К.А имеет 8 входных каналов и 4 выходных канала. К входам можно подключить термопары, термометры сопротивления, термисторы, сигнал 10 V. Точность измерения - 0.1%. Тип датчика для входа выбирается программно, тип выхода (0-10 V или 0-20 мА) тоже выбирается программно.

Таким образом, на базе процессорного модуля и модулей расширения, установленных на одной DIN-рейке, можно реализовать «шкафное» решение, причем, чем больше входов и выходов, тем дешевле получается решение из расчета на один вход/выход.

Модемный модуль K.М включает в себя встроенный GPRS GSM – модем с антенной, слоты для двух SIM карт (основной и резервной). Принцип его работы следующий. Основным каналом обмена контроллеров с верхним уровнем (диспетчеризацией) является Ethernet (соответствующий разъем установлен на модуле K.C/K.E). При пропадании связи с сервером диспетчеризации по Ethernet автоматически происходит переключение на канал связи GSM (модуля К.М). Связь устанавливается по той SIM карте, где имеется устойчивый обмен данными. При возобновлении работоспособности канала Ethernet происходит обратное переключение связи с GSM на Ethernet.

Наконец, модуль питания К.Р предназначен для питания напряжением 5 VDC всех вышеперечисленных модулей и питания напряжением 24 VDC любой другой нагрузки (датчиков, исполнительных механизмов и пр.). Имеет защиту от короткого замыкания и перенапряжения.


Обзор программной части

В комплексе Комега сохранена клиент – серверная технология, но в остальном произошли принципиальные изменения. Если в ПТК Контар ПО верхнего уровня представляет собой отдельные, хотя и согласованные программы, то в Комега интеграция гораздо выше и все задачи разработчика решает одна программа. Для разработчика проекта автоматизации предназначена программа kStudio, для диспетчера – kPlayer.

kStudio является высоко интегрированным пакетом и включает в себя набор редакторов: редактор структуры проекта автоматизации, редакторы разработки алгоритма (FBD – редактор и ST – редактор), редактор разработки мнемосхем, редактор конфигурации аппаратных модулей, редактор пользователей, где задаются права и роли пользователей.

Встроенный в kStudio отладчик позволяет проверять правильность работы кода на языке ST без загрузки алгоритма в контроллер.

В kStudio имеется также утилита просмотра и управления настройками контроллера и параметрами его алгоритма (аналог программы Консоль ПТК Контар). Утилита работает через интерфейс Ethernet.

Расскажем вкратце о создании и эксплуатации проекта автоматизации на ПТК Комега. Интеграция всех редакторов в одной программе kStudio позволила разработать новый принцип проектирования. При классическом подходе к проектированию элементом программирования являлся алгоритмический блок, к параметрам которого после разработки алгоритма привязываются соответствующие элементы мнемосхемы. При новом подходе в качестве элементов программирования используется единица оборудования, представляющая собой совокупность алгоритмических блоков и привязанных к ним мнемосхем и документов. Однажды разработанную единицу оборудования можно затем многократно использовать в проектах. При таком подходе разрабатывать проект можно в любом из трех редакторов: структуры проекта, FBD или мнемосхем. Например, если поместить элемент оборудования из библиотеки оборудования на поле в редакторе мнемосхем, то соответствующий алгоблок появится в редакторе FBD и в дереве структуры проекта. Точно, так же, если этот элемент поместить на поле редактора FBD, соответствующая элементу мнемосхема появится в редакторе схем. Иными словами, разработка алгоритма и мнемосхемы идет параллельно в автоматическом режиме. Преимущества такого метода программирования особенно заметны в больших проектах с повторяющимися единицами оборудования, т.к. разработчик избавлен от необходимости разрабатывать для них алгоритм и привязывать к нему элементы мнемосхем, что сокращает время разработки проекта (рис. 2).

Ris_2.gif

Рис. 2. Пример добавления единицы оборудования в проект kStudio

После разработки алгоритма в kStudio происходит его компиляция и далее загрузка в контроллер. Если в ПТК Контар использовался для компиляции проприетарный компилятор Keil C51, стоимость которого определялась фирмой Silicon Labs (и была весьма немалой), то для компиляции в линейке Smart ПТК Комега используется «открытое» бесплатное программное обеспечение – компилятор Linaro.

Разработанная в kStudio мнемосхема диспетчеризации публикуется на сервере. Сервер является самостоятельной программой и может быть установлен на любом компьютере конечного клиента. Сервер обменивается данными с контроллерами и предоставляет эти данные через мнемосхему диспетчеризации для диспетчерской программы - kPlayer. Сервер и kPlayer могут быть расположены на одном компьютере, а также и на удаленных компьютерах.

Примером использования Интернет - диспетчеризации является применение связки Сервер – kPlayer. Сервер располагается на любом Интернет – ресурсе. Сервер обменивается данными по Интернет с удаленными контроллерами и предоставляет их диспетчерам, на компьютере которых установлен kPlayer. Диспетчерский компьютер с kPlayer не привязан к какому-либо месту и через Интернет в любое время может связываться с Сервером и получать оттуда данные с нужного объекта автоматизации.

Расскажем подробнее о программе kPlayer. Она предназначена для непрерывного наблюдения диспетчерами автоматизированных объектов, мнемосхема для которых опубликована на Сервере. Таким образом, kPlayer является «тонким» клиентом. С его помощью осуществляется мониторинг и управление текущими параметрами, настройка и просмотр архивных данных Сервера в виде графика, таблицы, экспорт архивных данных (форматы xls, html, pdf, txt, csv), просмотр журнала истории тревог, просмотр журнала действий пользователей, Планировщик, настройка оповещения о тревогах на e-mail и SMS, настройка звукового оповещения о тревогах.

Ris_3.png

Рис. 3. Рис. 3. Пример мониторинга участка горячего цинкования в kPlayer.

kPlaye позволяет просматривать мнемосхемы для объектов, автоматизированных на контроллерах ПТК Комега, а также на контроллерах Контар (рис. 3).


Заключение

Созданный комплекс Комега продолжает активно развиваться и совершенствоваться. Перечислим некоторые наши планы на будущее по развитию комплекса: - поддержка стандартных протоколов обмена данными с верхним уровнем (Modbus TCP, OPC клиент/сервер); - интеграция сторонних производителей оборудования через стандартизированные протоколы (такие как M-bus, CAN, Lon, Dali, ZigBee, z-wave и др.); - разработка дополнительных модулей расширения; - поддержка обмена по Wi-Fi; - разработка программного модуля коммерческого учета и потребления энергоресурсов; - создание встроенного в контроллер Web-сервера; - разработка приложений под мобильные устройства; - поддержка пультов оператора; - возможность обмена данными между мастер-контроллерами (K.C, K.E, линейки Smart); - онлайн – отладка работы алгоритма на реальном контроллере; - просмотр мнемосхем автоматизированных объектов, опубликованных на Сервере, через Web-браузер (аналог Интернет SCADA комплекса Контар).

Мы ждем отзывов по работе с нашим комплексом и предложений по доработке и улучшению нашего комплекса!

___________________________________
* Программно-технический комплекс «КОНТАР»: справочник инженера [Электронный ресурс] / ОАО «МЗТА», Москва. URL: 80.240.100.136/kontar.pdf (дата обращения: 08.06.2016).
*** kStudio // Московский завод тепловой автоматики : [сайт]. URL: mzta.ru/k2 (дата обращения: 08.06.2016).
**** kPlayer // Московский завод тепловой автоматики : [сайт]. URL: mzta.ru/produkcziya/programmnoe-obespechenie/k2-player (дата обращения: 08.06.2016).

Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 3(63)_2016

Г.Б. Борисов,
начальник группы аналитики 
ОАО «МЗТА», г. Москва,
тел.: +7 (495) 720-54-44, доб. 6 или (1-1001)
Skype: supportmzta
e-mail: info@mzta.ru,
www.mzta.ru