Главная Пресс-центр Статьи и публикации Современные методы отладки и диагностирования комплексов АСУ ТП, КИП и А 2005/2

Современные методы отладки и диагностирования комплексов АСУ ТП, КИП и А 2005/2

В.С. Громов, Р.Л. Вишнепольский, В.Н. Тимофеев, ЗАО «РТСофт»

В статье рассматриваются современные методы отладки и диагностирования комплексов АСУ ТП. На примере комплекса «ПОТОК» предлагается метод применения имитаторов объектов для эффективной отладки комплексов на стадии испытаний.

 

Методы отладки системы АСУ ТП

  В настоящее время существует множество методов отладки и диагностирования комплексов АСУ ТП. Все они подразделяются на два основных типа:

 
 
  • статический;
 
 
  • динамический.
 
  Статический метод характеризуется выработкой определенных требований к сервисной аппаратуре и стендам, которые включают входной контроль источников питания, модулей цифрового и аналогового ввода-вывода, а также подбор аппаратуры для контроля и испытаний. Кроме того, разрабатываются информационно-измерительные системы для автоматизации испытаний (1).

 
  Динамический метод включает комплексную отладку системы и отладку алгоритмов работы системы.

 
  Динамический метод, с точки зрения метрологии, не является точностным методом, однако он может обеспечивать полную нагруженность системы переменными, работающими в реальном масштабе времени, задавать сложные специализированные алгоритмы и таким образом максимально имитировать работу системы, приближая получение реальных рабочих характеристик. Именно поэтому в данной статье уделено наибольшее внимание отладке систем АСУ ТП в динамическом режиме.

 
  Для контроля работоспособности аппаратуры и комплексной отладки программно-технического комплекса «ПОТОК» в рамках разработки проекта систем автоматизации для компрессорных станций газопровода «Ямал-Европа» были использованы оба метода отладки и диагностирования комплекса АСУ ТП.

 
  На Рис. 1 дана схема проверки работоспособности комплекса «ПОТОК».

 
 
 
  На Рис. 2, 3 представлены схемы статической и динамической отладки входных-выходных сигналов телесигнализации, телеизмерений и управления. (ТС, ТИ, ТУ).

 
 
 
 
 

Комплексная отладка системы

  Комплексная отладка системы проводиться после её окончательной сборки. Для организации отладки и проверки собирается имитатор объекта на базе тех же контроллеров, что используются в основной АСУ ТП. Использование базовых контроллеров-имитаторов типа IUC9000 (фирма «PEP Modular Computers») чрезвычайно выгодно и удобно как для реализации программного обеспечения задач-имитаторов объектов, так и для технологической стыковки интерфейсов контрольно-измерительных каналов (КИК). Для данных контроллеров разработано программное обеспечение, эмулирующее работу объекта.

 
  В процессе комплексной отладки имитируются:

 
 
  • отказы по напряжениям питания;
 
 
  • изменение питающего напряжения до предельно допустимых значений;
 
 
  • отказы основных контроллеров (проверка работоспособности резервной аппаратуры);
 
 
  • поведение объекта путём подачи на модули аналогового и дискретного ввода сигналов от имитатора.
 

Отладка алгоритмов работы системы

  Для отладки отдельных алгоритмов работы программного обеспечения на входы модулей ввода подаются сигналы, имитирующие поведение объекта. С этой целью были изготовлены кабели-переходники для передачи аналоговых сигналов от ЦАП к АЦП и от модулей цифрового вывода к модулям цифрового ввода подключением внешнего источника питания). На Рис. 4 дана блок-схема специализированного алгоритма управления краном, реализованная при отладке комплекса «ПОТОК» с помощью имитатора объекта.

 
 
 

Имитаторы

  Для комплексной отладки системы необходимо иметь ряд аппаратных и программных имитаторов объектов. Имитатор объекта комплекса в составе комплекса «ПОТОК» (2) является программно-аппаратным средством диагностики и отладки контроллеров РЕР типа IUC, VME, SMART, а также шкафов автоматики на базе данных контроллеров.

 
  Имитатор выполняет следующие функции:

 
 
  • контроль дискретных выходных сигналов;
 
 
  • формирование дискретных входных сигналов;
 
 
  • формирование циклических аналоговых сигналов;
 
 
  • формирование пошагового режима аналоговых сигналов;
 
 
  • выполнение алгоритма управления кранами;
 
 
  • выполнение специализированных алгоритмов для отладки объектов.
 
  Имитатор имеет информационную емкость по технологическим параметрам:

 
 
  • количество каналов дискретных входов (ТС) — 40;
 
 
  • количество каналов дискретных выходов (ТУ) — 32;
 
 
  • количество каналов аналоговых выходов (ТИ) — 16.
 
  Имитатор может работать в следующих режимах:

 
 
  • диагностика модулей;
 
 
  • контрольно-измерительный;
 
 
  • специализированные алгоритмы.
 
  Режим диагностики используется при проверке модулей УСО.

 
  Контрольно-измерительный режим применяется для отладки модулей УСО в составе контроллеров РЕР или контрольно-измерительных каналов (КИК) в составе шкафа автоматики на базе контроллеров УСО. В данном режиме возможно формирование как статических, так и динамических аналоговых и дискретных сигналов в циклическом и пошаговом режиме, а также контроль и индикация входных дискретных сигналов.

 
  Специализированные алгоритмы (например, управление кранами) применяются при комплексной отладке системы.

 
  Имитатор может использоваться на трех уровнях архитектуры контроллерного оборудования:

 
  1. уровень системной шины — программный имитатор;

 
  2. уровень модулей УСО — программно-аппаратный имитатор;

 
  3. уровень входных клеммников шкафа автоматики — программно-аппаратный имитатор.

 
  На уровне 1 в контроллер загружается программа-имитатор объекта. На данном уровне производится проверка базового и прикладного программного обеспечения контроллера.

 
  На уровнях 2,3 используется внешний имитатор, построенный на базе контроллера IUC9000.

 
  На уровне 2 выходы модулей УСО имитатора соединяются с входами модулей УСО контроллеров VME/IUC специализированными кабелями. На данном уровне производится проверка базового и прикладного программного обеспечения контроллера вместе с модулями УСО.

 
  На уровне 3 выходы модулей УСО имитатора соединяются с входными клеммниками шкафа автоматики специализированными кабелями при комплексной отладке системы. На данном уровне производится проверка базового и прикладного программного обеспечения контроллера, включая модули УСО и весь аппаратный интерфейс шкафа автоматики.

 
  На рисунках 5, 6 представлены схемы подключения имитатора к контроллеру на уровнях 2 и 3.

 
 
 
 
 
  На рис. 7 дана типовая схема соединений кабелей имитатора объекта для стенда АСУ ТП компрессорной станции (КС) «Крупки».

 
 
 
  Формирование контрольно-измерительных сигналов (КИС) производится с помощью приложения ISaGRAF и других графических приложений, например, в среде Builder 4.

 
  Графическое представление программы-имитатора возможно в графических приложениях с помощью трех типов изображений:

 
 
  • мнемосхема;
 
 
  • табличная схема;
 
 
  • символьная схема.
 
  Пример приложения имитатора в табличной форме представлен на Рис. 8.

 
 
 
  Базовые графические элементы рисуются, как правило, в любом графическом редакторе и заносятся в поле приложения ISaGRAF. Затем графические элементы привязываются к конкретным дискретным и аналоговым переменным и таким образом становятся составной частью программы имитатора. Для комплексной отладки системы АСУ ТП необходим комплекс имитаторов.

 

Заключение

  Применение программно-аппаратных имитаторов на базе контроллеров системы значительно сокращает сроки отладки системы АСУ ТП и позволяет наиболее полно и достоверно проверить все временные и технологические характеристики системы при минимальных производственных затратах на разработку проекта.

 

Ссылки

  1. И.А. Потапов, А.Н. Попов «Ключевые подходы к построению систем автоматизации испытаний» Мир компьютерной автоматизации, 3. 2001 г.

 
  2. В.И. Кравцов, С.И. Гавриленко и др. «Автоматизация объектов ГП „Белтрансгаз“», Мир компьютерной автоматизации, 3. 2001г.

 
  E-mail: 

22.04.2014