Принципы построения автоматизированной системы управления объектов.
Автоматизированная система управления объектом (далее – АСУ) – это современная промышленная система комплексной автоматизации и управления подсистемами жизнеобеспечения и безопасности для объектов различной сложности и имеющих различный уровень по требованиям к безопасности и секретности.
Современная система должна быть многоуровневой, масштабируемой, динамически изменяемой и расширяемой.
Основные функции АСУ – обеспечение мониторинга и взаимодействия в автоматическом режиме установленных на объекте подсистем жизнеобеспечения и безопасности, таких как охранная и пожарная сигнализации, видеонаблюдение, управление доступом, оповещение, пожаротушение, электроснабжение, освещение, вентиляция и кондиционирование и др.
Еще одно важное требование – возможность интеграции в систему оборудования многих производителей: при наличии соответствующих драйверов современная АСУ должна работать с любыми системами.
Комплекс обычно включает три уровня:
- Нижний уровень состоит из оконечных устройств (датчики и исполнительные устройства) и контроллеров управления.
- Интеграционный уровень может быть построен на основе одноплатных промышленных контроллеров (ОПК).
- Верхний уровень должен объединять кластер серверов и автоматизированные рабочие места пользователей (АРМ).
Нижний уровень.
Контроллеры управления нижнего уровня обеспечивают работу как под управлением системы верхнего уровня, так и полностью в автономном режиме, при этом все необходимые параметры, база данных пользователей и журнал событий хранятся в энергонезависимой памяти контроллера.
Это гарантирует отсутствие потери данных при возникновении нештатных ситуаций на верхнем и/или интеграционном уровне.
Связь с ОПК унифицирована для всех подсистем и реализована на основе стандартного последовательного интерфейса EIA-232/485.
Также поддерживаются другие интерфейсы для подключения оборудования – USB, Ethernet.
Интеграционный уровень.
Одноплатные промышленные контроллеры (ОПК) являются сегодня неотъемлемой частью любой современной промышленной системы автоматизации, обеспечивают высокую надежность, наилучшие массо-габаритные показатели и требования по наработке на отказ.
Лучше, если механические элементы, такие как вентиляторы и накопители на жестких магнитных дисках, будут заменены твердотельным ПЗУ с файловой структурой и IDE-интерфейсом.
ОПК имеют два последовательных EIA-232/485, что обеспечивает подключение до двух подсистем к одному ОПК.
Указанные ОПК через интерфейс типа Ethernet объединяются в локальную вычислительную сеть (ЛВС) и обеспечивают связь с верхним уровнем.
Программное обеспечение ОПК включает набор драйверов для работы с оборудованием нижнего уровня и основную программу, обеспечивающую взаимосвязь между подсистемами на объекте.
Основная программа представляет собой виртуальную машину, обрабатывающую множество входных событий (включая последовательности) – события от подсистем – и формирующую множество выходных реакций (включая последовательности) – команды управления для подсистем.
Таким образом, данный уровень реализует основное звено управления всей системой, при этом нештатные ситуации в системе верхнего уровня не влияют на работоспособность системы в целом: выполняются автоматические сценари», формируются журналы событий.
Заведомо более высокая надежность ОПК, предлагаемая для класса систем промышленного оборудования, отсутствие возможности непосредственного вмешательства оператора в работу данного уровня и профессионально разработанное программное обеспечение, работающее под управлением операционной системы семейства UNIX, гарантируют высокую степень безотказной работы комплекса.
Верхний уровень.
Верхний уровень реализует технологию «клиент – сервер» и может быть построен на основе сервера (возможен кластер серверов для больших систем) и набора безоперационных терминалов – бездисковые ПК, включающие сетевой адаптер с загрузчиком из сети.
На терминалах организуются АРМ, при этом для каждого из рабочих мест могут быть определены свои права доступа к ресурсам системы.
Отсутствие операционной системы на терминалах исключает возможность рассинхронизации системы и позволяет свести к минимуму влияние человеческого фактора.
Дополнительно для авторизации могут быть использованы электронные USB-ключи, которые определяются для рабочих мест и сервера, что обеспечивает высокую степень защиты от несанкционированного доступа непосредственно с АРМ.
Программное обеспечение верхнего уровня должно предоставлять пользователю современный графический интерфейс и собственный язык описания сценариев взаимодействия между подсистемами.
Увеличение числа уже имеющихся подсистем выполняется наращиванием количества ОПК и сопутствующего оборудования.
Добавление новых подсистем требует разработки драйвера для промышленных компьютеров.
Графический интерфейс пользователя предоставляет возможность определения многоуровневых планов объекта, на которых в соответствии с физическим расположением оборудования могут быть расставлены «объекты».
«Объект», конфигурация которого определяется при администрировании системы и может быть динамически изменена в процессе эксплуатации, обеспечивает метод управления той или иной подсистемой непосредственно с терминала.