Автор | Сообщение |
---|---|
admin | |
В 2015 году компания «Модульные Системы Торнадо» начала серийный выпуск промышленного компьютера IPC Gridex*. Этот компьютер предназначен для систем промышленной автоматизации, где используются его вычислительные, информационные и коммуникационные ресурсы при реализации технологических алгоритмов, организации человеко-машинного интерфейса (HMI), архивирования и выполнения серверных функций. Промышленный компьютер IPC Gridex (рис. 1) разработан и собран в России. Современная компонентная база (микросхемы) зарубежная, но самое важное – архитектура, схемотехника и производство – новосибирской компании «Модульные Системы Торнадо». Это предприятие не только разработчик средств и систем автоматизации, но и инжиниринговая компания, внедряющая собственные продукты и потому прекрасно знающая требования и условия эксплуатации систем автоматизации. В основу ее технических решений положен индивидуальный подход, учитывающий специфику технологических процессов, конкретные задачи по автоматизации и пожелания заказчика. Рис. 1. Промышленный компьютер IPC Gridex: внешний вид Рис. 2. IPC Gridex: внутренняя конструкция IPC Gridex имеет пассивное охлаждение и может использоваться для особо ответственных применений. Отсутствие механически подвижных частей повышает аппаратную надежность IPC Gridex и исключает необходимость технического обслуживания на протяжении всего срока эксплуатации. Планируется производить данный продукт без существенных изменений в течение 10 лет. Такой срок доступности для заказа чрезвычайно актуален для объектов критической инфраструктуры. Сегодня Gridex уже внедрен в состав полномасштабных АСУ ТП критически важных объектов энергетики: Калужского турбинного завода, Усть-Хантайской ГЭС, Топарской ГРЭС и Джезказганской ТЭЦ (Казахстан), объектов «Татнефти» и др. Конструктивно компьютер выполнен по стандарту EBX (203 × 146 мм), что обеспечивает, кроме компактности и удобства установки периферийных устройств, установку на плату-носитель в формате «Евромеханика 6U» (рис. 3). Рис. 3. При производстве материнской платы используется элементная база, обеспечивающая работу изделия до 15 лет IPC Gridex является модулем-носителем процессорных мезонинов стандарта Qseven, которые дают широкие возможности по интеграции периферийных устройств стандартов mPCIe, PCIe, SATA и mSATA (рис. 4): Рис. 4. Периферия: модули PCIe и mPCIe Большой выбор доступных процессорных модулей Qseven на базе разных процессоров (x86, ARM, PowerPC, DSP и др.) позволяет сконфигурировать вычислительное устройство с требуемым процессором и операционной системой. Различные модификации IPC Gridex поддерживают до пяти портов Ethernet‑1G, стандарт синхронизации времени по Ethernet IEEE 1588 и стандарт ЭМС IEC 61850-3, что позволяет использовать Gridex на самых ответственных объектах. Аппаратная часть IPC Gridex состоит из платы-носителя (CBQS), процессорного модуля (SoM) стандарта Qseven и набора модулей расширения. SoM – это система на модуле, самодостаточное процессорное устройство, способное функционировать под управлением операционной системы. В IPC Gridex применяются SoM стандарта Qseven, который предусматривает поддержку различных процессорных архитектур: x86, ARM, PPC, MIPs. Плата-носитель обеспечивает механическое крепление SoM, его электропитание, формирование служебных сигналов, согласование периферийных интерфейсов с внешними элементами коммутации и расширение состава интерфейсов. Электрические цепи, объединяющие SoM и CBQS, образованы набором разнородных сигналов и шин в соответствии со стандартом Qseven (шина QSB) и коммутируются специализированным разъемом – Qseven Connector. Исполнение процессорной части компьютера в виде самостоятельного стандартизированного модуля (SoM) позволяет без изменения конструкции оптимизировать параметры IPC Gridex в соответствии с областью его применения. В конструкции IPC Gridex для пользователя предусмотрена возможность изменять состав внутреннего оборудования и набор внешних интерфейсов. Порты стандарта RS‑485/RS‑422/RS‑232, применяемые во многих ПТК традиционной архитектуры, в системах на основе единой информационной магистрали, к которым относится ПТК «Торнадо», не являются системными и используются только для стыковки с внешними подсистемами. ПТК «Торнадо». Уникальность архитектуры Программно-технический комплекс нового поколения «Торнадо» является системой класса DCS (от англ. Distributed Control System – «распределенная система управления»). Аппаратная часть комплекса (модули ввода/вывода и промышленные компьютеры) разработана компанией «Модульные Системы Торнадо» самостоятельно, а программные компоненты ПТК базируются на продуктах ISaGRAF и InTouch от ведущих мировых разработчиков. Система интегрирована в единый комплекс посредством уникального программного обеспечения, созданного компанией. Существующие системы автоматизации основаны на специальных устройствах – контроллерах, производимых разными компаниями, что (вследствие отсутствия общего стандарта) приводит к существенным различиям систем и их несовместимости. Контроллер является причиной значительных ограничений в проектировании, применении и модернизации системы, что определяет высокую стоимость и ограниченную функциональность решений. Комплексирование современных IT-технологий позволяет создать системы на базе концепции «виртуальных контроллеров» и исключить контроллеры в виде специализированных устройств, выпущенных частными фирмами, устранив тем самым множество проблем и ограничений, свойственных современным системам автоматизации. «Виртуальные контроллеры» – это программы, исполняемые в облачном компьютерном пуле, взаимодействующем с общей подсистемой ввода/вывода через общую одноранговую быстродействующую сеть. Архитектура ПТК «Торнадо» основана на концепции «виртуальных контроллеров», где: Программно-технический комплекс может выполнять следующие задачи: При разработке ПТК учитывались следующие требования, обязательные для АСУ ТП крупных энергетических объектов: Выбор дублированной сети стандарта МЭК 802.3 Ethernet‑100 с протоколом ModBus UDP/TCP для обмена информацией с устройствами ввода/вывода MIRage-N обусловлен следующими причинами: Взаимодействие с модулями MIRage-N на скорости 100 Мбит в секунду обеспечивает высокоскоростную передачу данных, распределенную, масштабируемую, одноранговую структуру и простую интеграцию с другими информационными сетями. Для синхронизации устройств используется протокол точного времени NTP и IEEE 1588. Опыт внедрений показывает, что ПТК позволяет одновременно обрабатывать десятки тысяч сигналов с циклами управления вплоть до 10 мс. Унифицированное исполнение модулей ввода/вывода и контроллеров позволяет эффективно обслуживать и расширять систему, обеспечивает понятную, простую и легкую в обслуживании структуру средств АСУ ТП. В среднем время прохождения сигнала между контроллером и полевым устройством составляет 1 мс, а гарантированное – 2 мс (при работе промышленного компьютера с 50 модулями УСО). Одноранговость архитектуры означает равноправность взаимодействия и информационного обмена всех элементов ПТК – модулей УСО, процессорных блоков, рабочих станций и серверов. Как следствие, отсутствуют контроллеры в традиционном понимании: в ПТК «Торнадо-N» контроллером является программа в процессорном блоке, непосредственно взаимодействующая с любым необходимым УСО через общую коммуникационную среду. В соответствии с проектным решением процессорные блоки могут быть размещены как непосредственно в шкафах УСО, так и в отдельных шкафах. Такая архитектура не налагает ограничений на распределение контроллеров и их компоновку, а также на развитие и модернизацию системы. Она может быть настолько распределенной, насколько это необходимо и удобно с точки зрения оперативности и надежности управления, функционально-узловой структуры объекта и технологичности монтажа. Установленное на управляющих компьютерах прикладное программное обеспечение (управляющие программы) исполняется в среде ISaGRAF и осуществляет: В ПТК реализована пакетная передача данных между модулями УСО и управляющими компьютерами по протоколу Modbus поверх протокола UDP, по сети Ethernet со скоростью 100 Мбит в секунду. Модуль УСО объявляется неисправным, если он не ответил на три запроса подряд по обоим портам Ethernet, обеспечивающим дублированную связь, а недостоверность измеряемых модулем параметров определяется сразу по срабатыванию «тайм-аута» 3 мс по обращению к модулю. Скоростные характеристики и возможность опроса устройств одновременно, а не поочередно, как в большинстве систем, обеспечивают высокую скорость обмена в системе без циклов ожидания. Максимальное время опроса всех параметров в системе детерминировано и составляет не более 3 мс. Благодаря организации ПТК любая из управляющих программ может взаимодействовать с любым из модулей УСО, которые непосредственно связаны с технологическим оборудованием, что позволяет создавать конфигурации АСУ ТП, устойчивые к единичным и множественным отказам на полевом уровне системы. Для обеспечения устойчивости к отказам могут также дублироваться или резервироваться основные элементы ПТК. Как правило, в ПТК дублируется информационная магистраль и резервируются управляющие компьютеры. При отказе основного компьютера резервный автоматически и «безударно» берет на себя функции управления объектом. После восстановления работоспособности основного компьютера к нему автоматически возвращаются функции управления. Для этого на основном и резервном компьютерах устанавливаются идентичные комплекты управляющих программ и специальное программное обеспечение для согласования контекстов их исполнения. Контексты передаются между компьютерами в реальном времени через выделенные дублированные линии связи. Такая организация ПТК дает полную свободу при проектировании и эксплуатации АСУ ТП, для нее нет ни топологических, ни конструктивных ограничений, в любой момент можно перераспределить нагрузку, добавить дополнительные недостающие вычислительные мощности и каналы ввода/вывода. Фактически в ПТК «Торнадо-N» реализовано общее «коммутационное поле», через которое от каждого активного элемента системы может быть статически проложен и настроен виртуальный канал связи с любым пассивным элементом системы, с гарантированным временем доставки. В реализации такого виртуального канала используются не специализированные, а широко распространенные недорогие программные и технические сетевые средства. При добавлении в систему новых технических и программных средств необходимо выполнить только их настройку, но не требуется вносить изменения в ранее установленные средства. Перепривязка сигнала (его переброска от одной управляющей программы к другой) производится только программно, а не программно-аппаратно. Фактически любой сигнал в системе можно привязать к любой управляющей программе. При расширении и модернизации системы можно добавлять только отдельные модули УСО, а не новые контроллеры с вновь разработанными программами. Управляющее программное обеспечение выделяется в полностью обособленный слой системы. Его декомпозиция зависит только от запроектированной функциональности системы и никак не зависит от компоновки технических средств. Вместо дорогих решений сложных технических проблем решаются относительно простые задачи по перенастройке и (или) перекомпоновке программного обеспечения. Появляется практически ничем не ограниченная свобода в части организации работы над проектом. Для конкретного объекта, конкретных исполнителей и конкретных условий производства можно задать уникальную дисциплину проектирования, разработки и изготовления АСУ ТП, адекватную решаемой задаче. ПТК «Торнадо» и его компоненты имеют все необходимые разрешительные документы. Комплекс включен в Государственный реестр средств измерения Российской Федерации и Республики Казахстан. Он разработан таким образом, чтобы обеспечить устойчивость к любым единичным отказам. Среднее время наработки на отказ процессорных устройств и модулей распределенного ввода/вывода (с учетом базовых системных решений технического обслуживания, регламентированного инструкцией по эксплуатации) составляет не менее 150 000 часов. Среднее время восстановления работоспособного состояния процессорных устройств и модулей распределенного ввода/вывода, входящих в состав ПТК, составляет не более 1 часа, срок службы базовых элементов ПТК (оборудование шкафов контроллеров, а также шкафа питания и коммуникаций, за исключением размещенных в нем заменяемых узлов) – не менее 15 лет. Заключение ПТК на основе единой информационной магистрали – одна из самых перспективных технологий, способная в ближайшем будущем стать стандартом в сфере промышленной автоматизации. При условии, что на объектах будут соблюдаться правила информационной безопасности, технологическое оборудование будет соответствовать уровню управляющей системы, а система мониторинга будет поддерживаться в работоспособном состоянии, ПТК нового поколения способны обеспечить функционирование распределенных технологических систем любого уровня сложности. В настоящее время компанией «Модульные Системы Торнадо» инициирован проект «Национальная платформа промышленной автоматизации». Это так называемый «вытягивающий проект» с высокой инновационной составляющей, он вошел в программу реиндустриализации Новосибирской области. Цель проекта – создание единого стандарта промышленной автоматизации России и разработка универсальной платформы для передовых, безопасных, экономичных систем автоматизации, все компоненты которой (программные и аппаратные средства, средства диагностики качества компонентов и информационной безопасности системы и т. д.) будут разрабатываться и производиться в нашей стране. В настоящее время набирается пул участников проекта, отечественных компаний-разработчиков, производителей и интеграторов в области автоматизации. Источник: http://isup.ru/articles/4/10470/ |
|
Сообщения: 463 |