Современные методы отладки и диагностирования комплексов АСУ ТП

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".


Рис. 1.Схема соединений отладочного комплекса "ПОТОК"

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


Рис. 2 Схема статической отладки вх/вых сигналов ТС, ТИ и ТУ


Рис. 3 Схема динамической отладки вх/вых сигналов ТС, ТИ и 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 (с подключением внешнего источника питания). На Рис. 4 дана блок-схема специализированного алгоритма управления краном, реализованная при отладке комплекса "ПОТОК" с помощью имитатора объекта.


Рис.4 Блок-схема алгоритма управления краном

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.


Рис.5 Подключение имитатора к контроллеру


Рис. 6 Подключение имитатора к комплексу

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


Рис. 7 Схема соединений кабелей имитатора объекта для стенда КС "Крупской"

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.


Рис.8 Приложения имитатора

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.

Источник: asutp.ru