Структура САУ ТП в первую очередь определяется средствами и характеристиками взаимосвязи отдельных компонентов комплекса (контроллеров, пультов оператора, удаленных блоков ввода-вывода), т.е. сетевыми возможностями. Гибкость и разнообразие структур САУ ТП зависят от:
числа имеющихся сетевых уровней;
возможных типов связи (топологий) на каждом уровне сети: шина, звезда, кольцо;
параметров сети каждого уровня: типов кабеля, допустимых расстояний, максимального количества узлов (компонентов комплекса), подключаемых к каждой сети, скорости передачи информации, методе доступа компонентов к сети (случайные по времени доставки сообщений или гарантирующие время их доставки).
Рисунок 2.6 - Простейшая структура САУ ТП
Указанные свойства САУ ТП характеризуют возможность:
распределения аппаратуры в производственных цехах;
объем производства, который может быть охвачен системой автоматизации, реализованного в данной САУ ТП;
возможность переноса блоков ввода-вывода непосредственно к датчикам и исполнительным механизмам.
Одна из самых простых и популярных структур САУ ТП представлена на Рисунок 2.6. Все функциональные возможности системы четко разделены на два уровня. Первый уровень составляют контроллеры (Уровень управления), второй - пульт оператора (Уровень управления технологическим процессом), который может быть представлен рабочей станцией или промышленным компьютером.
Уровень контроллеров в такой системе выполняет сбор сигналов от датчиков, установленных на объекте управления; предварительную обработку сигналов (фильтрацию и масштабирование), реализацию алгоритмов управления и формирование управляющих сигналов на исполнительные механизмы объекта управления, передачу и прием информации из промышленной сети. Пульт оператора формирует сетевые запросы к контроллерам нижнего уровня, получает от них оперативную информацию о ходе технологического процесса, отображает на экране монитора ход технологического процесса в удобном для оператора виде, осуществляет долговременное хранение динамической информации (ведение архива) о ходе процесса, производит коррекцию необходимых параметров алгоритмов управления и уставок регуляторов в контроллерах нижнего уровня.
Увеличение информационной мощности (количества входных/выходных переменных) объекта управления, расширение круга задач, решаемых на верхнем уровне управления, повышение надежностных показателей приводят к появлению более сложных структур программно-технических комплексов (Рисунок 2.7).
Рисунок 2.7 - Структура САУ ТП
Операционные системы (ОС) семейства Windows фирмы Microsoft практически полностью завоевали рынок офисных компьютеров и активно осваивают уровень промышленной автоматизации. Большинство серверов и рабочих станций функционируют под управлением ОС Windows NT/2000/XP. Некоторые технологии Microsoft уже сейчас стали промышленным стандартом. Использование архитектуры «Клиент-сервер» позволяет повысить эффективность и скорость работы всей системы, повысить надежность и живучесть системы за счет резервирования серверов, рабочих станций, территориальным распределением решаемых задач. Серверы, как правило, выполняются на базе промышленных компьютеров и являются резервируемыми. Наименование серверов в различных САУ ТП различается: сервер базы данных реального времени, сервер оперативной и архивной базы данных, сервер ввода-вывода и др.
Основные функции серверов:
сбор, обработка оперативных данных от устройств связи с объектом и контроллеров;
передача команд управления контроллерам с верхнего уровня управления; хранение и отображение информации о заданных переменных;
предоставление требуемой информации клиентским рабочим станциям;
архивация трендов, печатных документов и протоколов событий.
Современные САУ ТП, как правило, включают станции инжиниринга, выполненные на базе персональных компьютеров в офисном исполнении. С их помощью осуществляется инженерное обслуживание контроллеров: программирование, наладка, настройка. В некоторых САУ ТП станции инжиниринга позволяют производить также инженерное обслуживание рабочих станций.
Еще одна сторона современных САУ ТП связана с активным проникновением Internet технологий на уровень промышленной автоматизации. Сегодня все ведущие производители инструментального программного обеспечения для систем управления технологическими процессами, как зарубежные, так и отечественные, встраивают поддержку данных технологий в свои продукты. Наиболее широким применением Internet-технологий в САУ ТП является публикация на Web-серверах информации о ходе ТП и всевозможных сводных отчетов. Web-серверы имеют возможность взаимодействовать с сервером БД, который хранит необходимую информацию о процессе. Это позволяет клиенту через браузер (Internet-обозреватель) делать необходимые запросы к базе данных. Такой подход к тому же минимизирует затраты, так как не требует на стороне клиента установки какого бы то ни было дополнительного программного обеспечения, кроме обычных программ-браузеров (Internet Explorer, Netscape Navigator и др.).
Нормативная база САУ ТП