U okviru dugogodišnje saradnje sa kompanijom “Goša Fom” i partnerima iz Rusije Umbra software je  uradila nekoliko velikih projekata u metalurškim kombinatima. Po svojoj specifičnosti izdvaja se projekat potpune automatizacije koksnih mašina koje opslužuju koksnu bateriju u metalurškom kombinatu “ZAPSIB” u Novokuznjecku (Rusija). Umbra software je na ovom projektu uradila SCADA sistem koji nadzire i upravlja procesom, wireless komunikaciju izmedju mašina i kontrolnog centra i automatizaciju svake mašine posebno. Ovde ćemo vam približiti mogućnosti softverskog paketa iFIX koji je korišćen na ovom projektu za realizaciju SCADA sistema i opisati sistem na čijem se najvišem hijerarhijskom nivou nalazi SCADA iFIX.

Tehnički opis automatskog sistema upravljanja na koksnoj bateriji

Automatski sistem upravljanja (ASU) je sistem za nadzor, upravljanje i komandovanje u okviru dela tehnološkog procesa za proizvodnju koksa.

ASU obezbeđuje upravljanje, akviziciju podataka, nadzor i kontrolu tehnološkog procesa rada mašina i koksnih baterija. Bazira se na više nivoa distribuiranom modularnom sistemu upravljanja. Na slici je prikazana globalna konfiguracija sistema za nadzor i upravljanje u dispečerskom centru baterije.
Na prvom hijerarhijskom nivou ASU obezbeđuje akviziciju podataka (signali sa senzora, davača i sl.) i komandovanje preko izvršnih elemenata. Svi podaci se prenose na drugi hijerarhijski nivo upravljanja. Na ovom nivou nalaze se PLC kontroleri koji obrađuju prikupljene podatke na svakoj mašini. Upravljanje mašinom PLC vrši prema algoritmu predviđenom za izvođenje operacija. Operacije se izvode prema vremenski usaglašenoj sukcesivnosti (ciklogramu). Svaka koksna mašina u kabini rukovaoca ima operatorski panel (OP) uz pomoć kojeg rukovalac upravlja mašinom i nadzire njen rad.

Na trećem hijerarhijskom nivou upravljanja nalazi se MASTER PLC koji prikuplja podatke iz lokalnih PLC kontrolera, odnosno PLC-ova na mašinama. On ima dvostruku ulogu: služi za komunikaciju sa nadređenim dispečerskim centrom koksne baterije, odnosno SCADA sistemom, kao i za komunikaciju sa PLC kontrolerima na mašinama, čija se komunikacija obavlja uz pomoć radio modema.
Za ambijentalne uslove u kojima se obavlja rad PLC-ova ovo je jedino rešenje komunikacije.

U dispečerskom centru koksne baterije, na četvrtom, najvišem hijerarhijskom nivou nalazi se SCADA, nadzorno upravljački sistem koji kontroliše i objedinjuje rad svih mašina i koksnih baterija. SCADA aplikacija je instalirana na mrežnim PC računarima. U dispečerskom centru koksne baterije komunikacija se obavlja uz pomoć računarske mreže. Tu je obezbeđena i veza sa drugim sistemima.

Tehnolog sistema u dispečerskom centru baterije zadaje plan rada, proizvodnje koksa, odnosno plan punjenja i pražnjenja koksnih peći. Po tom planu izvršava se tehnološki proces. ASU nadzire i upravlja, odnosno vodi izvršenje tehnološkog procesa na osnovu podataka koje zadaje tehnolog sistema u dispečerskom centru koksne baterije. On omogućava sledeće vrste rada:

  • automatski rad koksnih mašina
  • poluautomatski rad koksnih mašina
  • ručni rad koksnih mašina.

Na osnovu zadatog programa rada (zadati broj peći koje se pune i obrađuju) i ispunjenih uslova za rad, mašine počinju sa automatskim radom. Svaka mašina radi na osnovu projektovanog ciklograma gde je tačno utvrđena svaka operacija, odnosno rad svakog mehanizma, i vreme trajanja te operacije. PLC na mašini kontroliše međuzavisnost rada i izvršenje operacija pojedinih mehanizama mašine. Međuzavisnost rada pojedinih koksnih mašina na koksnoj bateriji vrši se komunikacijom PLC kontrolera na drugom i trećem hijerarhijskom nivou upravljanja, utvrđuje se izvršenost međuzavisnih operacija i vrši se opsežna logička kontrola pre početka sledeće operacije mašine. Rukovalac u kabini mašine preko panela prati rad mašine i njenih mehanizama. U dispečerskom centru baterije prati se rad celog tehnološkog sistema.

Ukoliko neki od zadatih uslova za obavljanje automatskog rada nije ispunjen ili ako se prilikom logičke kontrole tokom rada mašine ustanovi da nisu ispunjeni uslovi za automatski rad, mašina prelazi u poluautomatski ili, čak, u ručni rad. Ukoliko dođe do određenih alarma ili kvarova na mašini, ona prelazi u poluautomatski ili ručni rad, u zavisnosti od težine kvara, ili se ceo proces zaustavlja do otklanjanja kvara.

Funkcije SCADA sistema na koksnoj bateriji

Vizuelno praćenje procesa, kontrola procesa, poređenje podataka, fiksiranje havarijskih situacija, mogućnost štampanja, prijema i prenošenja podataka izvedeno je na SCADA PC u dispečerskom centru baterije na četvrtom, najvišem hijerarhijskom nivou nadzora i upravljanja. SCADA konstantno prikuplja podatke iz tehnološkog procesa u realnom vremenu i u određenom ciklusu skeniranja, programabilno podesivom. Podaci se smeštaju u bazu podataka i procesiraju se saglasno definisanim zahtevima korisnika. Autorizovani korisnici mogu menjati određene parametre procesa, obavljati određene proračune, pregledati podatke. Princip arhitekture povezanosti SCADA-e sa drugim nivoima dat je na sledećoj slici.

 Dinamički prikazi, grafici i izveštaji prikazuju rad koksnih mašina na vrlo sažet i efikasan način. Takođe, prikazuje se i stanje informacione opreme ASU-a. SCADA sistem nam omogućava da se praktično jednim površnim pogledom stekne slika o ispravnosti rada celokupnog tehnološkog procesa i informacione opreme. Grafici i izveštaji samo dopunjuju prikaze i pomažu u donošenju upravljačkih odluka. Na sledećoj slici prikazan je trend praćenja temperature koksa, koji je vrlo bitan tehnolozima radi analize i preduzimanja potrebnih koraka za poboljšanje kvaliteta.

SCADA omogućava interaktivni rad, pogotovo za upravljanje u havarijskim režimima rada (prilikom pojave alarma ili kvarova) i pomaže korisniku da donese ispravnu upravljačku odluku. Autorizovani korisnici (sistem inženjeri) mogu menjati parametre tehnološkog procesa, uključivati ili isključivati real-time informacije iz PLC-ova, interaktivno menjati razne opcije, granice, i sl..
SCADA je namenjena, kako operativnom osoblju, tako i rukovodstvu koje, uz obilje raznih izveštaja, može brzo i efikasno donositi upravljačke odluke. Jednostavna je za korišćenje, što skraćuje vreme obuke, a korisnici ne moraju poznavati hardver ili programiranje da bi je koristili, što omogućava mnogo više od prostog računarskog podržavanja tehničko-tehnoloških funkcija.

Opšte o iFIX SCADA sistemu

iFIX softver paket namenjen upravljanju i nadzoru procesa, pruža operaterima prikaz procesnih podataka u realnom vremenu, što je ključno za efikasnije korišćenje resursa i personala i za veći nivo automatizacije nekog postrojenja ili cele fabrike. Jezgro softvera izvršava bazne funkcije koje dozvoljavaju specifičnim aplikacijama da izvršavaju svoje zadatke. Dve osnovne funkcije su : akvizicija podataka i menadžment podataka (data management). Pored akvizicije podataka i njihovog procesiranja u obliku korisnom za operatere vrlo važna funkcija ovog sistema je i mogućnost prosleđivanja podataka u proces, čime se ostvaruje dvosmerna komunikacija sa procesom i mogućnost upravljanja. iFIX softver ne zahteva neki svoj specifični hardver da bi prikupljao podatke sa procesa. On komunicira direktno sa I/O uređajima koji već postoje putem softverskog interfejsa koji se naziva I/O drajver. iFIX ima široku lepezu ovih I/O drajvera za različite familije I/O modula i uredjaja. Nakon što su podaci prikupljeni oni se obrađuju i usmeravaju prema zahtevima softverskih aplikacija. Ovaj postupak se definiše kao menadžment podataka (data management).
iFIX familija softvera izvršava se na standardnim PC računarima. Različiti delovi postrojenja mogu koristiti različite računarske hardvere. Pošto sve iFIX platforme imaju sposobnost da komuniciraju sa čvorovima pod različitim platformama mogu se uvezati u jedinstvenu mrežu. Jezgro iFIX softvera transparentno povezuje razmene podataka između različitih platformi.
Računar na kojem je podignuta iFIX platforma obezbeđuje operateru mnoge funkcije kao što su:

  •  monitoring
  •  supervizorsko upravljanje
  •  alarmi
  •  upravljanje i regulacija
  •  izveštavanje i arhiviranje
  •  Monitoring

Monitoring je sposobnost prikazivanja podataka iz procesa operaterima u realnom vremenu. Moćni numerički, tekstualni i grafički formati su na raspolaganju da bi se podaci učinili što dostupnijim operaterima.
Supervizorsko upravljanje je sposobnost nadziranja u realnom vremenu, a operateri imaju i mogućnost da menjaju zadate vrednosti (set points), izlaze i druge vrednosti direktno sa ekrana. Pošto iFIX softver može čitati i upisivati procesne podatke, može se uspostaviti supervizorska stanica upravljanja na kojoj bi se definisalo koje procesne tačke mogu biti upisane i čitane, a koje se mogu samo čitati (read-only).
Alarmi, bez obzira na to da li operateri rade sa nadzorne ili supervizorske stanice upravljanja imaju potrebu za trenutnim uočavanjem alarmnih stanja i događaja u procesu. Alarmiranje predstavlja, dakle, sposobnost prepoznavanja ovih nenormalnih stanja i trenutno izveštavanje o ovim dogadjajima. Alarmi se generišu na granicama normalnih stanja procesnih veličina koje unose operateri, odnosno inženjeri sistema upravljanja. iFIX aplikacije mogu koristiti alarme na vrlo različite načine da bi upozorili operatere. Moguće je, takođe, selektivno konfigurisati komunikaciju ovih alarmnih poruka izmedju iFIX čvorova u mreži.
Upravljanje (control) je sposobnost da se automatski primene algoritmi koji podešavaju procesne vrednosti i time održavaju ove vrednosti unutar postavljenih granica. Upravljanje ide korak dalje od supervizijskog upravljanja time što otklanja potrebu za interakcijom sa operaterom. Za ovo se može koristiti računar koji upravlja celim procesom ili delom procesa. iFIX softver u okviru paketa omogućava kontinualno i šaržno(batch) upravljanje i daje mogućnost statističkog upravljanja.
Funkcije izveštavanja (reporting).Podaci u realnom vremenu su samo jedan nivo procesiranja podataka. Mnoga postrojenja zahtevaju mogućnost izveštavanja ili arhiviranja podataka u realnom vremenu radi kasnije analize. iFIX paket ima mogućnost kreiranja izveštaja o kritičnim informacijama iz sistema i procesa. Arhiviranje podataka. Bilo koja procesna vrednost u sistemu može biti uzorkovana i sačuvana u sistemu u fajlu podataka (data file) sa brzinom koju odredi operater. U svakom trenutku podaci se mogu izvući iz fajlova podataka i od njih se mogu kreirati trend displeji sačuvanih podataka. Menadžeri i operateri u procesu mogu koristiti ove podatke kada ispituju događaje koji su prethodili kritičnom događaju, nakon što reše urgentnije probleme. Arhivirani podaci su moćno oruđe u analizi i optimizaciji vođenja procesa. Izveštavanje iFIX obezbeđuje funkcije koje omogućavaju operaterima da pristupaju podacima putem standardnih industrijskih protokola za razmenu podataka kao što su DDE, ODBC i SQL. Operateri mogu kreirati detaljne izveštaje sa tabelarnim prikazom, kao što je na primer Microsoft Excel, koji može da prima prikupljene i izračunate(real time) i sačuvane podatke. Ovi izveštaji obezbeđuju važan off-line alat za inženjere procesa koji prate performanse procesa.

Baza podataka

Srce iFIX softvera je procesna baza podataka. Baza podataka je predstava o procesu kreirana izvršenjem upravljačke logike koja upravlja procesom. Procesnu bazu podataka kreira korisnik programom (database Builder) koji se sastoji od blokova i lanaca. Blok (koji se naziva i tag) je kodirani skup instrukcija za kontrolu procesa koji izvršava specifični zadatak. Svaki blok zahteva od korisnika da obezbedi nekoliko parametara putem dijalog boksova u okviru datebase builder-a. Postoje dva tipa blokova:

  • Primarni blokovi – čitaju podatke iz DIT (Driver Image Table) tabele, upisuju podatke u DIT tabelu ili izvršavaju specijalne funkcije.
  • Sekundarni blokovi – manipulišu podacima koji su im dostavljeni.

Primarni blokovi obrađuju sve ulaze u DIT tabelu i sve izlaze iz nje. Dok izborni zapis sadrži mnogo procesnih podataka, blokovi mogu sadržavati samo jednu tačku podatka.

Implementiranje ODBC SQL interfejsa

Aplikacija ODBC SQL interfejsa u realnom vremenu omogućava korisniku prikupljanje i pisanje procesnih podataka realnog vremena u ODBC relacionu bazu podataka. Ova aplikacija, takođe obezbeđuje metode za čitanje podataka sačuvanih u relacionu bazu podataka i upisivanje tih podataka nazad u iFIX softver, omogućavajući na taj način veći nivo kontrole nad procesom. SQL blokovi čitaju i upisuju podatke u relacionu bazu podataka na udaljenom serveru.

Podrška za Klijent-Server OPC

OPC ( Object linking and embeding -OLE for Process Control ) , tj Microsoft mehanizam implementiran u Windows Operativnim sistemima za razmenu podataka između aplikacija , koji omogućava međusobnu komunikaciju sa mnogo različitih tipova hardvera koristeći isti OPC klijent softver u mnogim real-time procesnim aplikacijama. OPC klijent deluje takođe kao drajver, i to omogućava iFIX procesnoj bazi podataka da dobije podatke od bilo kojeg OPC servera. Ova mogućnost dozvoljava iFIX skadi da komunicira sa bilo kojim tipom procesnog hardvera za koji postoji OPC server i čini korisnikov izbor hardvera sa kojim će raditi skoro neograničenim. Ova opcija omogućava svakoj OPC klijent aplikaciji rezidentnoj na OPC SCADA serveru pristup podacima u iFIX procesnoj bazi podataka i obezbjedjuje laganu vezu različitih aplikacija , pojednostavljujući integraciju sistema i omogućavajući laganu ekpanziju sistema.

Tekst: Roksandić Saša, el.ing


Više informacija: UMBRA software d.o.o., Sanska 26, 11000 Beograd, Srbija, Tel./fax: +381 11 39 86 222, http://www.umbra.rs

Aleksandar D.
Follow me
Latest posts by Aleksandar D. (see all)