Распределённые системы управле­ния

Введение

Автоматизация: от простого к сложному

Распределённые системы управле­ния (системы телемеханики), уже до­вольно давно и прочно вошли в повсе­дневную жизнь предприятий. Однако мир развивается, и жизнь ежегодно преподносит нам всё новые и новые технологии, примене­ние которых открывает новые возмож­ности в построении подобных систем. Уже недостаточно просто опросить объект и показать его состояние диспетчеру, хочется видеть состояние предприятия и иметь возможность им управ­лять с любого компьютера сети, из сво­его кабинета и даже находясь в отпус­ке, из Интернет-кафе или со своего но­утбука. Кроме того, хочется, чтобы си­стема не была закрытой, а позволяла каждому её пользователю на своём ра­бочем месте самому определить, как и что будет вычисляться и отображаться в виде отчётов.

Современная система должна быть основана на самых передовых технологиях, лучше решает вопросы межсетевого взаимодействия, обеспечивает гарантированную достав­ку данных через сети, обладает более развитыми Web-интерфейсами, способна работать с объектами через сети (сотовые коммуникационные системы).

Система, в ко­торой благодаря стандартным и хоро­шо документированным интерфейсам могут «уживаться» не только контрол­леры разных производителей, но и программное обеспечение верхнего уровня от разных производителей. Главная особенность такой системы заключается в том, что наряду с тради­ционными средствами связи по прово­дам и радиоканалу она способна ис­пользовать самые передовые техноло­гии связи с объектом, базирующиеся на применении Интернет-протокола GPRS для сотовых сетей. На фоне бур­но развивающейся отрасли сотовой связи это открывает поистине огром­ные возможности. В результате систе­ма не ограничивается только доставкой данных до компьютера диспетчера и рабочих мест управляющего персона­ла — она позволяет вынести информа­цию в безграничные просторы Интер­нет, естественно, заботясь при этом о безопасности и конфиденциальности предоставляемой информации.

Архитектура системы

Ни одно достаточно крупное совре­менное предприятие уже не может об­ходиться без систем автоматизации и систем документооборота. Однако для работы информационных систем уров­ня АСУП (автоматизированная систе­ма управления предприятием) необходимо постоянно или периодически пе­редавать им данные о работе производства. Зачастую эти данные вно­сятся вручную или загружаются в базы данных предприятия 1-4 раза в сутки (начало суток, конец смены и т.п.). Современная система позволя­ет в реальном времени пополнять ин­формационные системы предприятия текущими данными, обеспечивая спе­циалистов предприятия оперативной информацией о состоянии производ­ства.

Кратко рассмотрим многоуровневую структуру, присущую нефтедо­бывающему предприятию. «Корнями» нефтедобывающего предприятия, без­условно, являются технологические объекты и их локальная автоматика. Следующий уровень — это уровень промысла, на котором осуществляются контроль и управление объектами и технологическими процессами (уро­вень АСУ ТП). Далее идут системы уровня АСУП. Как видно из рис. 1, система работает на четырёх нижних уровнях автоматизации производства.  Для систем уровня АСУП является поставщиком данных реального времени о фактической ра­боте промысла (размеры добычи, объём закачанной жидкости и т.п.).

Система предусматривает возмож­ность как горизонтальной интеграции с АСУ ТП, так и вертикальной интегра­ции с АСУП.

Горизонтальная интеграция предпо­лагает объединение между собой посредством стандартных интерфейсов систем автоматизации технологичес­ких и производственных процессов, а также систем цехового уровня в еди­ную информационную сеть. Это обес­печивает необходимый обмен данны­ми в реальном масштабе времени меж­ду всеми подразделениями основного и вспомогательного производства. Ис­пользуемые для такого обмена техно­логии позволяют избежать проблем междоменного доступа.

Вертикальная интеграция организует потоки данных реального времени от нижнего уровня (датчиков и контрол­леров технологического оборудования) во внутренние и внешние компьютерные сети предприятия и через них (по­средством серверов обработки и фильтрации данных) в административ­ные системы управления. Данная зада­ча решается путем объединения про­мышленных и административных се­тей. Основная цель вертикальной ин­теграции — устранение препятствии на пути информационных потоков между уровнями АСУП и АСУ ТП для дости­жения оперативности обмена данны­ми.

Рассмотрим работу системы на каждом уровне автоматизации, начиная с самого ниж­него.

Автоматизация объекта

В непосредственной близости от тех­нологического объекта устанавливает­ся станция управления, включающая в себя шкаф, контроллер, пускатели и т.п. Шкаф станции управления обеспе­чивает антивандальную защиту обору­дования автоматики скважины, а так­же содержит внешний разъем тангенты голосовой оперативной связи с диспет­чером. Контроллер обеспечивает необ­ходимое управление объектом и защи­ту технологического и электрооборудо­вания от аварийных режимов работы независимо от наличия в данный мо­мент связи с диспетчерским пунктом промысла. Помимо этого, контроллер берет на себя охранные функции по за­щите от несанкционированного досту­па непосредственно в станцию управ­ления, а также в прилегающие поме­щения. Датчики снабжают контроллер информацией о текущем состоянии объекта (давление, температура, сигналы тока и напряжения, сигналы нагрузки и положения).

Автоматизация промысла

Рассмотрим, из каких основных про­граммных компонентов состоит система, автоматизирующая работу промысла, и как они распреде­лены между центральным информаци­онным узлом промысла, автоматизи­рованными рабочими местами (АРМ) специалистов и диспетчера.

Прежде всего отметим, что для по­строения систем верхнего уровня ис­пользуется как универсальный компонент-«трансформер», который в зави­симости от заданных настроек может выполнять роль центрального инфор­мационного узла промысла, информа­ционного узла диспетчерской поддер­жания пластового давления (ППД), ра­бочего места начальника ППД, техно­лога, геолога. Имеющиеся в системе средства администрирования и на­стройки этого компонента-«трансформера» позволяют удаленно сформиро­вать структуру информационных узлов и рабочих мест специалистов в рамках сети промысла В зависимости от воз­ложенных на узел функций он может в качестве базы данных для хранения ар­хивов и настроек использовать как базу на основе SQL-сервера (например, ин­формационный узел промысла), так и Access-базу.

Центральный информационный узел промысла (центральный, потому что узлов может быть несколько) берет на себя целый ряд необходимых для ав­томатизации промысла функций:

• опрос всех контролируемых объек­тов,

• ведение архивов технологических параметров работы объектов,

• формирование новых данных на ос­нове первичной информации, полу­ченной от станций управления (на­пример, определение дебита по динамограмме, суточных показателей работы объекта, совокупного добы­того продукта),

• выявление аварийных и предаварийных ситуаций на промысле,

• генерация аварийных и текущих со­общений диспетчеру,

• автоматическое управление объекта­ми промысла и промыслом в целом и т.п.

Система обеспечивает гарантиро­ванный опрос по протоколу РТМ. Гибкая модель оп­роса позволяет добиться своевремен­ного и прогнозируемого получения данных с контроллеров. При этом кон­троллеры — это не единственный ис­точник данных, с которым работает информационный узел промысла.

Узел способен получать информацию из баз данных пред­приятия, а также с любых ОРС-серверов в сети предприятия. Для промысла это означает, что система может учиты­вать в своей работе не только данные, поступающие непосредственно с конт­роллера, но и данные, введённые тех­нологом или начальником в какую-ни­будь промысловую базу данных, а так­же данные, формируемые системами сторонних производителей. Например, в зависимости от уровней жидкости в ёмкостях ДНС, значения которых по­ступают из системы автоматики ДНС, сервер может автоматически отклю­чить ряд скважин, перечень которых был задан технологом в его базе дан­ных, чтобы предотвратить переполне­ние ёмкостей на ДНС.

Информационный узел промысла также оснащён возможностями дина­мического представления данных в ви­де HTML-страниц и является полно­ценным Web-сервером с системой ав­торизации. Наличие у него Web-интер­фейса позволяет любому специалисту или начальнику промысла, обладаю­щему соответствующими правами до­ступа, просмотреть через Интернет те­кущее состояние промысла в целом или отдельного объекта.