ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

Специализированные программные средства

Базы данных реального времени

Важными компонентами, используемыми на верхних уровнях, являются системы управления базами данных (СУБД). Однако, использование традиционных реляционных баз данных, ориентированных на решение задач уровня АСУП, не всегда возможно в системах управления производственного уровня. Здесь можно выделить несколько основных ограничений:

1) Производственные процессы генерируют данные очень быстро. Чтобы хранить производственный архив системы, например, с 7500 рабочими переменными, в БД каждую секунду необходимо вставлять 7500 строк. Обычные БД не могут выдержать подобную нагрузку.

2) Объемы производственной информации огромны. Многомесячный архив завода с 7500 технологическими переменными требует под БД дисковую память объемом около 1 Терабайта. Сегодняшние технологии такими объемами манипулировать не могут.

3) SQL как язык не подходит для обработки временных или периодических данных, типичных для производственных систем. В частности, чрезвычайно трудно указать в запросе периодичность выборки возвращаемых данных.

Как результат преодоления этих ограничений появился новый класс продуктов - базы данных реального времени (БДРВ). При этом намечаются две концепции создания БДРВ:

1) независимая - новая разработка БД;

2) разработка БДРВ на основе известных реляционных БД (MS SQL Server).

Industrial SQL Server (Wonderware)

IndustrialSQL Server и его особенности

IndustrialSQL Server – внутризаводской хранитель архивной информации, включая данные о событиях и соответствующих реакциях. IndustrialSQL Server представляет собой РБД, в которой учтены источники, скорость поступления и объемы производственной информации (рис.1). Он позволяет осуществлять сбор и запись данных в сотни раз быстрее, чем это делают обычные БД на аналогичной платформе, и при этом занимает значительно меньше дискового пространства.

Рисунок 1 - Industrial SQL Server в интегрированной системе управления.

Информационные потоки IndustrialSQL Server и их направление являются стандартными для баз данных реального времени: с одной стороны - это данные, поступающие из различных источников для сохранения в БД по стандартным протоколам DDE, OPC, SuiteLink, с другой - данные, запрашиваемые потребителями через интерфейс SQL сервера.

Стандартным механизмом поиска информации на сервере IndustrialSQL Server является SQL, что гарантирует доступность данных самому широкому кругу приложений. В подмножество языка SQL входит расширение, служащее для получения динамических производственных данных из IndustrialSQL Server и позволяющее строить запросы на базе временных отметок. Все приложения, работающие с Microsoft SQL Server, могут также подключаться и к IndustrialSQL Server.

Для хранения данных реального времени в IndustrialSQL Server используются исторические блоки или файлы специального формата. Основное требование к ним - обеспечение высокой скорости регистрации и повышенное сжатие данных.

В IndustrialSQL Server так же добавлена возможность получения данных по протоколам OPC, DDE, SuiteLink для версий 7.1 и выше.

Специализированные программные средства

Для организации информационного потока между технологическим уровнем (АСУТП) и бизнес-системой ряд разработчиков инструментальных систем (в том числе и SCADA) предлагают использовать специальный тип программных продуктов.

Integrated Refinery Information System(IRIS) представляет собой интегрированный коммерческий пакет программных модулей. Он обеспечивает деятельность операторов, инженеров, планирование и управление с функциями хранения, представления и анализа технологических и лабораторных данных. Имеются библиотеки типовых приложений для конечных пользователей. Пакет включает также модули отчетов, расчета тепловых и материальных балансов, планирования, оптимизации, мониторинга окружающей среды, анализа данных, трендов и SQC-расчетов.

Ядро системы IRIS - реляционная база данных для хранения от 50 до 100 000 тегов за пять лет с минутным разрешением.

IRIS имеет распределенную клиент-серверную архитектуру, поддерживает платформы UNIX, RISC, Intel PC и стандартные технологии TCP/IP, OLE, DDE и MS Windows, обеспечивая персоналу предприятия доступ к данным системы IRIS и приложениям по сети LAN.

Aspen Tech's InFoPlus.21- информационно-управляющая система, обеспечивающая инфраструктуру для сбора, целостности, управления, и представления технологических данных, в то время как ERP-системы интегрируют управленческие данные. Эта система также обеспечивает инфраструктуру для интегрированных приложений, таких как управление технологическими процессами, управление производством, управление качеством.

Aspen Tech's InFoPlus.21 интегрирует технологические данные в ERP-систему для совершенствования и улучшения поддержки принятия решений, обеспечивает качественными данными все подразделения предприятия.

Integrated Control and Infomation System (ICIMS)усиливает поддержку принятия решений, обеспечивая интеграцию между системой управления нижнего уровня, информационными системами управления производством, техническими информационными системами и системой управления бизнес-процессами.

ICIMS включает сетевую TCP/IP-архитектуру, архив истории, лабораторную информационную систему, электронную систему документации, финансовой отчетности, базирующихся на ERP-инструментах (SAP, BAAN или JD Erdwards).

Plant Information System

Назначение программного обеспечения PI System - сбор, хранение, обработка и представление информации. Каждая из перечисленных выше функций реализуется посредством различных компонентов и модулей программного обеспечения PI System.

Для сбора и передачи данных от действующих на предприятии АСУТП можно использовать стандартные PI-OPC-интерфейсы. Это позволит унифицировать программное обеспечение и снизить стоимость информационной системы.

PI-интерфейсы обеспечивают:

1) получение и запись данных от SCADA, DCS, контроллеров в режиме реального времени по событиям или расписанию с дискретностью до миллисекунды;

2) автоматическое оповещение о нарушении физической связи PI- сервера и PI-интерфейса;

3) автоматическое восстановление данных при восстановлении связи;

4) сжатие данных для снижения трафика в локальной сети.

PI-интерфейс имеет минимальный трафик в сети (80-100 Кбит/с при передаче 25000 параметров) за счет сжатия данных на уровне интерфейса, использования PI-API протокола передачи данных и оптимальной настройки сжатия данных на уровне интерфейса – возможности передачи данных по расписанию или событию. PI-интерфейс обеспечивает двухсторонний обмен данными между PI System и АСУТП и возможность передачи и хранения данных с миллисекундной отметкой времени. Таким образом, PI-интерфейс предъявляет минимальные требования к физическому каналу связи: протокол TCP/IP, скорость передачи 64 Кбит/с. Канал связи с такими характеристиками обеспечивает гарантированную передачу 10000 параметров.

Созданная на базе PI System информационная система может быть легко расширена за счет вводимых в эксплуатацию АСУТП, построенных на различной программно-аппаратной платформе. Для этого PI System имеет свыше 300 специализированных интерфейсов к системам АСУТП ведущих производителей мира.

Для взаимодействия PI System с реляционными базами данных можно использовать специализированный интерфейс PI-RDBMS либо стандартные протоколы ODBC или OLE DB, также поддерживаемые PI System.

Для связи PI System с верхним уровнем управления, построенным на базе системы SAP/R3, имеется специализированный коннектор RLINK. Это соединение сертифицировано разработчиком SAP/R3 - компанией SAP. Имеется и интерфейсы для связи PI System с системами JD Erdwards и Renaissance.

Кроме того, PI System поддерживает стандартные протоколы DDE, COM/DCOM и имеет открытый программный интерфейс PI-API для разработки собственных интерфейсов к нетрадиционным системам.

· Хранение и обработка информации – одна из главных задач PI System.

Функции хранения и обработки данных возложены на PI-сервер. Программное обеспечение сервера PI System включает следующие компоненты (рис. 2):

- PI Universal Data Server (PI-UDS);

- PI Data Storage (PI-DS);

- PI Server Apps;

- PI Data Access Pack(PI-DAP).

Рисунок 2 - Компоненты PI System

PI Universal Data Server является фундаментом PI System. PI-UDS выполняет функции сбора и распределения данных по всем подсистемам в режиме реального времени, обеспечивает взаимодействие с архивом данных, снабжая его «живыми» данными.

PI-UDS состоит из сетевого менеджера (PI Network Manager), базы данных тегов, менеджера обновлений и снимка (Snapshot) - резидентной памяти, в которую записываются текущие значения точек. PI-UDS также содержит универсальный адаптер данных (PI Universal Data Adapter), который применяется для доступа к данным баз данных истории других производителей. Эти базы соединяются с PI-UDS через соответствующий COM-коннектор.

PI Data Storage - архив данных – один из важнейших компонентов системы. Объем архива определяется конфигурацией сервера. Алгоритм сжатия данных (линейная интерполяция) гарантирует их восстановление с точностью от 0,0000001 до 1 % шкалы измерения и с дискретностью 1 секунда, что позволяет работать с большими архивами.

Скорость записи/чтения в PI Data Storage может достигать 100 000 операций в секунду. Скорость доступа к информации оценивается как доступ сотни пользователей к тысячам тегов за секунду одновременно, даже если все пользователи будут обращаться к одним и тем же тегам.

PI Server Apps- набор серверных приложений, зависящий от конфигурации PI-сервера.

В сервер PI System входят следующие серверные приложения:

1) Performance Equations - подсистема для выполнения сложных вычислений по формулам над данными из архива без дополнительного программирования.

2) Totalizer - подсистема для интегральной обработки данных на определенных временных отрезках, называемых интервалами накопления (Accumulation Interval). По сравнению с Performance Equations вычисления с помощью Totalizer более точные, т.к. Totalizer использует данные не из архива, а из Snapshot, т.е. данные, к которым не применялось сжатие.

3) PI Alarm - подсистема тревог предназначена для того, чтобы генерировать тревоги для точек PI System и сигнализировать о возникновении тревог. PI-Alarms дополняет, но не заменяет средства по обработке тревог, которые имеются в управляющих системах предприятия.

4) PI SQL - предназначен для поддержки SQL запросов к архивированной информации. Благодаря этой подсистеме к архивам PI можно обращаться как к обычной реляционной базе данных. В дополнение к языку SQL сервер PI ODBC Server поддерживает запросы по времени.

5) PI Batch - подсистема для обработки данных периодических процессов, продукция которых выпускается партиями. Записи, ассоциированные с партиями, содержат информацию об идентификаторе серии (Batch ID), идентификаторе продукции (Product ID) и единицах измерения продукции в партии. Пользователь может по запросу выбрать интересующие его партии.

6) PI Real-Time SQC - проводит непрерывный контроль и обработку значений из PI System с использованием статистических методов. При возникновении неприемлемого отклонения от нормы Real-Time SQC генерирует и передает тревогу об этом событии в подсистему тревог.

7) PI ACE. Анализ производительности и эффективности в реальном времени, подсчет затрат и стоимости выработанного продукта, расчет неизмеряемых напрямую величин и вычисление по различным формулам с поправочными коэффициентами — все это требует математических вычислений различной сложности и периодичности. Максимально облегчая построение всевозможных вычислений, PI Advanced Computing Engine (среда выполнения инженерных расчетов) позволяет сфокусировать усилия инженеров на превращении текущих данных о производстве в полезную и нужную информацию. PI ACE позволяет создавать шаблоны вычислений для однотипных объектов, хранящихся в MDB, которые помогают стандартизировать и автоматизировать разработку вычислений для технологических процессов, что значительно снижает трудоемкость работы программистов.

8) PI Analysis Framework. PI Analysis Framework - новый шаг в идеологии развития PI System в сторону интеграции производственного моделирования и технологических данных реального времени. PI AF - инструмент для создания моделей и схем производства (организационных и технологических), состоящих из элементов и их взаимосвязей и взаимозависимостей. Элементы модели представляют собой как физическое оборудование (резервуары, теплообменники, смесители, измерители и т.д.), так и более абстрактные логические конструкции (эффективность, экология и т.д). Разработанная модель позволяет включать в себя организационно-технологическую структуру предприятия, логику его функционирования, принципы контекстно-зависимого представления данных о производственном процессе. Основываясь на единой модели, доступной любым приложениям PI System, можно проводить различного рода анализ, обработку и представление информации о производстве, поступающую в реальном времени, например согласование технологических данных, расчет эффективности, анализ простоев технологического оборудования.

9) PI Sigmafine. Sigmafine позволяет получить согласованный материальный, энергетический и покомпонентный баланс измерительной информации по установке, заводу или корпорации. Используя специальный алгоритм на основе метода наименьших квадратов, SIGMAFINE согласовывает все измерения приборов, учитывая точность и достоверность каждого прибора. Для каждого выбранного временного интервала Sigmafine рассчитывает согласованные измерения процесса так, чтобы они имели минимальное отклонение от действительных значений и одновременно, чтобы массовый и/или энергетический балансы сходились.

Расчет балансов - это основное применение согласованных данных и этот расчет необходимо производить в первую очередь, так как его используют другие типы расчетов. Расчет балансов используется для определения того, что может "наиболее вероятно" произойти в производстве за определенный временной интервал. Чтобы произвести расчет балансовых данных, SIGMAFINE берет отслеживаемые измерения параметров процесса и оценивает достоверность (отклонение) и точность (допуск) измерительных устройств. Затем SIGMAFINE производит расчет данных так, чтобы массовый и/или энергетический балансы были согласованы при минимуме отклонения действительных значений от согласованных.

10) PI Control Monitor. Это приложение PI разработано для операторов, участвующих в управлении технологическим процессом. PI CM позволяет обнаружить сбои в контурах регулирования, оценить качество регулирования. Под контуром регулирования понимается комплекс программно-технических средств для управления параметром (качеством или количеством) выходной продукции или любым критически важным технологическим параметром. Также приложение PI CM используется инженерами службы АСУ ТП для обнаружения неисправностей в контурах регулирования (от датчика до исполнительного механизма) и планирования проведения профилактических работ.

11) IT Monitor. IT Monitor - приложение, входящее в состав PI System, которое используется для контроля и анализа функционирования IT-структуры предприятия с точки зрения повышения ее производительности, надежности и безопасности.

Основываясь на базовых технологиях PI System, IT Monitor унифицирует и представляет данные реального времени о состоянии сетей, сетевого оборудования и приложений. IT Monitor обладает уникальными возможностями по хранению и обработке информации, превосходящими пределы обычных инструментов мониторинга работы информационных систем. IT Monitor позволяют быстро определять "узкие" и потенциально проблемные места в IT-структуре предприятия.

PI DAP (Data Access Pack)- набор инструментов для помощи опытным пользователям в просмотре, структурировании и доступе к данным PI System, включающий:

- PI API (Application Programming Interface) - набор программ, обеспечивающий общий программный интерфейс к PI System;

- PI SDK (Software Development Kit) - набор инструментов программирования, обеспечивающих доступ к PI-серверам и связанным с ними подсистемам;

- PI ODBC (Open Database Connectivity) - представляет PI System как реляционную базу данных. Он определяет доступ к ее содержимому в стандартном формате и позволяет принимать и выполнять команды SQL;

- PI OLEDB - позволяет PI System принимать запросы аналогично реляционным базам данных.

· Функция представления информации пользователям (руководителям и специалистам предприятия) в PI System реализуется с помощью клиентских приложений.

Стандартные программы позволяют пользователю, не прибегая к помощи программистов, разрабатывать экранные формы с графическим и табличным представлением информации в удобном для себя виде. При этом доступна вся собранная и обработанная информация, хранящаяся в PI-сервере, независимо от ее источника и типа.

PI ProcessBook (PI-PB) – клиентское приложение, служащее для отображения информации, хранящейся в PI DataStorage и в других источниках данных. Для быстрой оценки состояния производства приложение позволяет создавать и отображать настраиваемые мнемосхемы и тренды. Переключение между режимами разработки и просмотра производится простым щелчком мыши.

Скорость извлечения данных из PI DataStorage очень высока и не зависит от количества одновременно работающих клиентов и того, что они работают с одними и теми же данными.

Для расширения возможностей в PI-PB встроен Visual Basic for Application (VBA).

PI DataLink - часто используемое клиентское приложение. Оно позволяет применять для анализа данных электронные таблицы Excel. DataLink выводит данные в электронную таблицу и позволяет просматривать их известными средствами Excel. Данное приложение удобно для формирования различных отчетов.

PI-Manual Logger (PI-ML) - приложение, предназначенное для ручного ввода данных (лабораторных данных, показаний приборов без стандартного выходного сигнала) в архив PI System. Данные могут вводиться из текстовых файлов и с переносных терминалов HHT (Нand Нeld Terminals), роль которых могут выполнять миниатюрные компьютеры класса Palm Top или другие устройства.

PI Batch View (PI-PC&PI-PB Add-in) - приложение, позволяющее просматривать периодические процессы, главным образом при производстве продукции партиями (резервуары, смешение). Программное обеспечение позволяет выделять партии продукции в архиве по их идентификаторам, просматривать ход процесса производства партии продукта, сравнивать между собой графики, соответствующие конкретным партиям, сравнивать партии с некоторыми «эталонными», формировать отчеты по установкам, партиям и группам партий.

PI Active View - предназначен для просмотра PI-архива и выборки данных через Интернет.