387

автоматизируемого объекта. Соответственно, любые функции управления могут быть декомпозированы на локально независимые или слабо связанные подсистемы с учетом специфики интеллектуальных узлов сети АСУТП.

Библиографический список

1.Белковский С.В. Постановка задачи синтеза оптимальной структуры распределенных АСУТП / С.В. Белковский, О.Б. Низамутдинов // Теоретические и прикладные аспекты информационных технологий: сб. науч. тр.; НИИУМС. – Пермь, 2002. – С. 13–18.

2.Методы анализа и синтеза структур управляющих систем / Б.Г. Волик [и др.]. – М.: Энергоатомиздат, 1988.

3.Прангишвили И.В. Локальные микропроцессорные вычислительные сети / И.В. Прангишвили, В.С. Подлазов, Г.Г. Стецюра. – М.:

Наука, 1984.

Принято 25.01.2007

201

УДК 681.3

С.В. Белковский

Пермский государственный технический университет

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ АВТОМАТИЗАЦИИ ЗДАНИЙ

Рассмотрены системы управления зданиями и сооружениями с использованием современных технологий автоматизации LonWorks, EIB, X-10. Также рассмотрена отечественная техно-

логия LanDrive.

Системы автоматизации зданий относятся к классу управляющих и прошли эволюционный путь, аналогичный системам управления в промышленности, заимствуя и используя опыт, накопленный в этой области, с естественным отставанием, обусловленным динамикой насыщения зданий инженерным оборудованием и формированием требований к его комфортной, безопасной и экономичной работе. Средства локального управления инженерными системами здания (лифтами, вентиляцией и т.п.) развились от простых релейных сборок до контроллерных и компьютерных решений. Требования к системам автоматизации и диспетчеризации жилых и общественных зданий, сформулированные в предыдущие годы в строительных нормах и правилах, создали заделы для интеграции локальных подсистем в единую систему управления зданием [1].

При оснащении зданий различными подсистемами и оборудованием от разных производителей важно, чтобы технические средства были совместимы между собой и представляли единое целое. В основе построения любой системы автоматизации здания лежат принципы открытой архитектуры. Под открытостью понимается, как правило, наличие единого сетевого протокола у оборудования различных производителей, обеспечивающего правильное взаимодействие всех подсистем здания. Возможность обмена данными обеспечивает сетевую совместимость этих систем и интеграцию в единый комплекс [2, 3].

Современная система автоматизации здания берет на себя множество функций по его управлению и контролю. Обычно в таких сис-

202

темах можно выделить четыре наиболее типичных функциональных группы: управление освещением; управление климатом; безопасность

исвязь; мультимедиа.

Внастоящее время широкое распространение в области автоматизации зданий получили технологии LonWorks, EIB, X-10.

LonWorks – сетевая платформа для достижения производительности, гибкости, соответствия инсталляционным и эксплуатационным потребностям в задачах активного мониторинга и управления [2, 4].

Платформа построена на созданном компанией Echelon Corporation протоколе сетевого взаимодействия устройств через различные среды передачи данных, такие как, витая пара, линии электропитания, оптоволокно и беспроводные радиочастотные. Наиболее часто встречающиеся области применения технологии LonWorks:

− управление поставками (логистика); − производство полупроводниковых приборов; − системы управления освещением;

− системы управления потреблением энергии; − системы отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха; − системы безопасности; − домашняя автоматизация;

− уличное освещение, мониторинг, и управление;

− управление автозаправочной станцией (International Forecourt

Standards Forum).

EIB (European Installation Bus) получила широкое распростране-

ние прежде всего в Европе, где в 1990 году ведущими европейскими фирмами в области техники связи устройств была основана Ассоциация

EIB (European Installation Bus Association, EIBA) с резиденцией в Брюс-

селе, которая стала отвечать за стандарты EIB, а отдельные фирмы могли проводить независимую стандартизацию и сертификацию. Таким образом, сеть EIB стала открытым стандартом, что привело к активному участию вееразработке даже малых предприятий[3, 5].

EIB − является первым решением в области HBE (Home&Building Electronics) − сетей, отвечающим всем требованиям автоматизации жилых и офисных зданий. EIB − это децентрализованная открытая сетевая система, решающая основные проблемы автоматизации помещений:

−измерение и контроль;

−нагрев, вентиляция и кондиционирование воздуха;

−охрана и сигнализация;

−бытовые устройства и т.д.

203

В отличие от LonWorks, основной упор в EIB делается на автоматизацию зданий и помещений.

Технология X-10 – международный и открытый стандарт связи устройств, используемый для домашней автоматизации [6].

X-10 был разработан в 1975 года Шотландской компанией Pico Glenrothes для дистанционного контроля домашних устройств и оборудования. Система была первой технологией домашней автоматики и до сих пор остается очень популярной.

Протокол X-10 описывает передачу пакетов данных по электрической сети и радиоканалу.

Домашняя электрическая линия используется для передачи цифровых данных между устройствами X-10. Цифровой сигнал передается короткими вспышками частотой 120 кГц в момент перехода переменного тока частотой 50 или 60 Гц через ноль. Длительность одной вспышки около 1мс. Одна вспышка передает один бит информации. Наличие вспышки означает 1, отсутствие − 0.

Радиоканал работает на частотах 310 МГц в США и 433 МГц в Европе (включая Россию). Беспроводные устройства X-10 посылают пакеты, подобные пакетам в электрических линиях. Приемопередатчик обеспечивает мост, который принимает радиопакеты и передает их в электрическую сеть.

В качестве недостатков стоит отметить, что протокол X-10 не обрабатывает коллизии и имеет низкую скорость передачи данных (около 20 Бит/с).

LanDrive – это универсальная классическая распределенная система управления, занимающая бюджетную нишу [7]. Предназначена для надежного управления внутренним и уличным освещением, силовыми нагрузками, электроприборами, а также такими системами как отопление, кондиционирование, вентиляция, охранная сигнализация, контроль доступа и контроль протечек воды. Также возможно управление аудио-, видеотехникой, жалюзи, рольставнями, шторами, воротами, насосами и двигателями.

Система LanDrive состоит из исполнительных модулей и центрального контроллера, связанных между собой сетью «витая пара» RS-485. Для взаимодействия используется широко известный протокол

204

Modbus/RTU. Оборудование поддерживает скорость обмена информацией до 38400 кБит/c, что в большинстве случаев оказывается достаточным и не ухудшает качества связи на больших расстояниях. Максимальное количество устройств, управляемых одним главным контроллером – 247. Опрос 247 устройств осуществляется за 1 секунду.

Всистему LanDrive входят следующие модули:

−релейные модули, обеспечивающие коммутацию мощной нагрузки до 1,2 кВт, а также опрос датчика типа «сухой контакт».

−диммирующие модули, обеспечивающие возможность плавного изменения мощности в нагрузке;

−модули инфракрасной связи, обеспечивающие прием команд

спультов дистанционного управления и передачу сохраненных команд на бытовые устройства;

−модули с цифровыми входами, обеспечивающие опрос нескольких датчиков типа «сухой контакт»;

−модули с аналоговыми входами-выходами, обеспечивающие опрос аналоговых датчиков, например, температуры, и управление аналоговыми устройствами;

−центральный управляющий контроллер, позволяющий управлять всеми устройствами по заданным сценариям.

Ввиду использования широко распространенного протокола Modbus/RTU, возможно включение в систему оборудования сторонних производителей, а также использование устройств данной серии в других системах.

Всостав системы LanDrive входит программное обеспечение LanDrive Configurator, которое позволяет гибко настраивать функции всей системы и осуществлять ее программирование.

На кафедре «Информационных технологий и автоматизированных систем» на базе системы LanDrive разработан учебно-лаборатор- ный стенд по системам автоматизации зданий.

Библиографический список

1. Девятков В.В. Интеллектуальный дом – миф и реальность / В.В. Девятков, В.В. Матюхов. – Режим доступа: http://www.vnipisau.ru

205

2.Дитрих Д., Лой Д., Швайнцер Г.Ю. ЛОН-технология. Построение распределенных приложений / Д. Дитрих, Д. Лой, Г.Ю. Швайнцер: пер. снем. / подред. О.Б. Низамутдинова. – Пермь: Звезда, 1999. – 424 с.

3.EIB – система автоматизации зданий / Дитмар Дитрих [и др.]: пер. с нем. / под ред. О.Б. Низамутдинова, М.В. Гордеева; Перм. гос.

тех. ун-т. Пермь, 2001. – 378 с.

4.Режим доступа: http://www.echelon.com.

5.Режим доступа: http://www.eiba.org.

6.Режим доступа: http://www.x10.com.

7.Режим доступа: http://www.insyte.ru.

Принято 25.01.2007

206

УДК 621.39

Д.А. Даденков, А.Б. Петроченков

Пермский государственный технический университет

РАЗРАБОТКА И ОТЛАДКА ПРОЕКТОВ АСУТП НА ОСНОВЕ МОДЕЛИ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ ПАКЕТОВ HMI/SCADA И СИСТЕМ ВИЗУАЛЬНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

Рассматривается информационное взаимодействие SCADAсистемы Genie и пакета визуального моделирования VisSim при разработке тренажерных проектов для подготовки специалистов в области автоматизированных систем управления. В качестве простого примера, наглядно демонстрирующего взаимодействие программных пакетов, рассматривается модель системы тиристорныйпреобразователь– двигательпостоянноготока(ТП–Д).

Диспетчерское управление и сбор данных (SCADA – Supervisory Control And Data Acquisition) является основным наиболее перспективным методом автоматизированного управления сложными динамическими процессами в жизненно важных и критичных с точки зрения безопасности и надежности областях. Именно на принципах диспетчерского управления строятся крупные автоматизированные системы в промышленности и энергетике, на транспорте, в космической и военной областях, в различных государственных структурах [1, 2].

За последние несколько лет резко возрос интерес к проблемам построения высокоэффективных и высоконадежных систем диспетчерского управления и сбора данных. С одной стороны, это связано со значительным прогрессом в области вычислительной техники, программного обеспечения и телекоммуникаций, что увеличивает возможности и расширяет сферу применения автоматизированных систем. С другой стороны, развитие информационных технологий, повышение степени автоматизации и перераспределение функций между человеком и аппаратурой обострило проблему взаимодействия человекаоператора с системой управления.

207

В настоящее время технологические процедуры, выполняемые персоналом на сложных и небезопасных энергетических, силовых нефтехимических производствах и установках, описываются десятками различных инструкций, составляющих тысячи страниц текста. Время их освоения составляет несколько месяцев, а оперативная переподготовка персонала затруднена. В то же время к квалификации оперативного персонала предъявляются высокие требования. В связи с этим проводится периодическая аттестация персонала. При этом необходимо отработать штатные и нештатные аварийные ситуации, которые по требованиям безопасности часто невозможно смоделировать на реальном объекте. Для проектирования, внедрения и эксплуатации АСУТП, а также автоматизированных систем управления производством (АСУП) требуются квалифицированные специалисты, хорошо подготовленные к решению этих задач.

Подготовкой специалистов в области автоматизированных систем управления занимается кафедра «Микропроцессорные средства автоматизации» Пермского государственного технического университета. Современные экономические условия и быстрые темпы развития технических и программных средств автоматизации требуют от выпускников специальности «Автоматизация технологических процессов и производств» не только теоретических, но и практических навыков. Поэтому для обучения студентов в рамках специальной дисциплины «Интегрированные системы проектирования и управления» разрабатывается комплекс лабораторных работ. При выполнении лабораторных заданий студенты получают опыт создания и отладки проектов АСУТП в пакетах HMI/SCADA.

Сформулируем основные требования, которым должен соответствовать комплекс лабораторных тренажеров по автоматизированным системам диспетчерского управления:

1)интерфейс должен быть максимально приближен к реальным пультам управления;

2)должна быть разработана динамическая модель технологического процесса, учитывающая постоянные времени и основные взаимосвязи реальных параметров;

3)средства разработки проектов АСУТП должны быть простыми, удобными и гибкими;

4)должно быть предусмотрено несколько различных вариантов проектов АСУТП на основе различных технологических процессов

ипараметров;

208

5) обучение в нескольких разных пакетах SCADA. Современные пакеты HMI/SCADA (человекомашинный интер-

фейс/диспетчерское управление и сбор данных), такие как In Touch, Genesis, Тгасе Моdе, Genie, позволяют достаточно быстро создать человекомашинный интерфейс любого технологического процесса или установки. Основным информационным элементом этих пакетов является тег (tag), имеющий уникальное имя и атрибуты. Тег является источником информации и может быть сигналом с аналогового или дискретного датчика; данными, переданными из другого Windows приложения, или может быть введен пользователем с помощью кнопок, переключателей и регулировок.

Переменные, определяющие состояние тегов, могут отображаться и реальном масштабе времени в виде совокупности графических динамических образов. Во всех пакетах имеются и типовые средства отображения, имитирующие измерительные приборы с различной шкалой, ползунковые и круговые регуляторы, кнопки, переключатели и т.д. Графические образы объединяются в именованные экраны – интерфейс диспетчерского управления. У тегов существуют атрибуты: тип данных, различные шкалы, уровни сигнализации. Обработка данных, логически связанных с тегами, может осуществляться c помощью блоков типовых операций. Кроме того, имеется возможность подключения инструментария в виде пользовательских DLL-библиотек, а также динамического обмена данными с пользовательскими приложениями по интерфейсу DDE и локальной сети.

Таким образом, пакеты HMI/SCADA идеально подходят для создания и отладки проектов АСУТП при обучении специалистов по автоматизации технологических процессов. Единственным недостатком пакетов HMI/SCADA является отсутствие развитых средств создания моделей технологических процессов, так как их цель – отображение и управление процессом по поступающим извне данным. Разработка моделей даже простых объектов и процессов на уровне DLL-библиотек или на языках программирования Visual Basic, C++ – процесс достаточно трудоемкий и неуниверсальный.

Наиболее пригодным для моделирования технологических процессов и систем являются универсальные пакеты визуального моде-

лирования Simulink фирмы MathWorks и VisSim фирмы Visual Solution.

Эти пакеты имеют богатый набор типовых блоков как линейных динамических, так и нелинейных. Данные пакеты достаточно широко

209

распространены и используются при моделировании химических, электромеханических, биомедицинских адаптивных и других систем.

При разработке лабораторно-тренажерного комплекса по дисциплине «Интегрированные системы проектирования и управления» предлагается использовать два программных продукта: один из них пакет класса HMI/SCADA, второй – универсальный пакет визуального моделирования, а взаимодействие между ними на уровне данных и событий организовать по интерфейсу DDE (рис. 1).

Рассмотрим на конкретном примере один из вариантов разработки лабораторного комплекса, а именно взаимодействие SCADA- системы Genie фирмы Advantech и среды визуального моделирования VisSim. В качестве простого объекта управления, демонстрирующего информационное взаимодействие пакетов, рассмотрим систему тиристорный преобразователь – двигатель постоянного тока.

Рис. 1. Структурная схема лабораторного комплекса

Используя уравнение динамики тиристорного преобразователя, уравнение равновесия ЭДС в якорной цепи, уравнение механической характеристики двигателя в системе ТП-Д и уравнение движения электропривода при жестких механических связях, можно изобразить структурную схему системы ТП – Д (рис. 2).

В данной структурной схеме:

−звено 1 – математическая модель тиристорного преобразователя, описываемая апериодическим звеном первого порядка;

−звено 2 – математическая модель якорной цепи двигателя постоянного тока, описываемая апериодическим звеном первого порядка;

210