Журнал «Автоматизация и IT в энергетике»




НОВЫЙ НОМЕР ЖУРНАЛА №4,2017

Новый отраслевой журнал «Автоматизация и IT в НГК»
Оформить подписку на журнал «Автоматизация и IT в НГК» прямо сейчас!

Краткие новости

Главная

Системы сигнализации в современных АСУТП

25.05.2011 г.

В статье Л.А. Шерешевского  (НВФ "Сенсоры, Модули, Системы"), опубликованной в журнале АИТ в нефтегазовой области № 1-2010,  рассматриваются системы сигнализации, представляющие собой одну из наиболее ответственных составляющих человеко-машинного интерфейса АСУТП. Приводится краткий обзор аппаратного обеспечения, описываются программные реализации в SCADA-системах, объясняется актуальность задачи управления сигнализацией, перечисляются основные российские и международные стандарты в данной области.

Важной частью любой АСУТП является подсистема человеко-машинного интерфейса (ЧМИ). Наличие интерфейса "человек-машина" отличает АСУ от систем автоматического управления (САУ). Включение человека в контур управления фактически означает невозможность или практическую нецелесообразность полной автоматизации технологического процесса.

В академической среде вопросами построения эффективных и надежных систем ЧМИ занимается инженерная психология, развивающаяся в России более полувека. Специалисты по автоматизации далеко не всегда используют результаты исследований профессиональных психологов, во многих случаях они вынуждены интуитивно и на собственном опыте постигать давно известные истины.

Человеко-машинный интерфейс прошел длинный путь эволюции от механических рычагов, кнопок и переключателей до современных компьютерных интерфейсов, систем речевого ввода-вывода и даже опытных образцов устройств, ориентированных на управление электромагнитными импульсами головного мозга. Тем не менее, эта сфера информационных технологий наименее всего подвержена революционным изменениям: лампочки-индикаторы, кнопки и ключи управления перекочевали с панелей управления на сенсорные экраны компьютеров, но в массовом применении принципиально новых способов обмена информацией между человеком и машиной не появилось.      Наблюдаемые тенденции увеличения функциональных возможностей средств автоматизации и тесной интеграции интерфейсных устройств и вычислительной техники размывают четкие рамки систем человеко-машинного интерфейса. В общем случае подсистема ЧМИ представляет собой объединение устройств ввода информации (органов управления), устройств вывода информации (средств отображения и сигнализации), компьютерной техники и сетевой инфраструктуры. Одно и то же устройство может использоваться одновременно для ввода и вывода данных, как, например сенсорная операторская панель или рычаг управления с обратной связью.

Одной из наиболее важных функций систем ЧМИ является информирование оператора о событиях, требующих его вмешательства. В английском языке для обозначения данного функционала существует устоявшийся термин alarm, наиболее адекватным русским переводом которого можно считать вариант "сигнализация", хотя в узкопрофессиональной среде все чаще можно услышать калькированное слово "аларм".      По определению, предложенному международной ассоциаций по стандартизации ISA, сигнализация (alarm) - это звуковое или визуальное средство оповещения оператора о неполадках оборудования, отклонениях в ходе технологического процесса или нештатной ситуации, требующей вмешательства. На подсистему сигнализации возлагается две основные задачи: привлечь внимание оператора к факту наступления события, требующего необходимости вмешательства в работу системы управления, дать оператору информацию об этом событии для анализа ситуации и последующего принятия решений.      Дополнительно подсистема сигнализации может протоколировать в электронном или бумажном виде факты и время включения, отключения и квитирования (подтверждения оператором) каждого срабатывания сигнализации.

В случае отсутствия в АСУ развитого ЧМИ функции подсистемы сигнализации обычно решаются с помощью отдельных устройств оповещения: ламп, звонков, сирен, ревунов, постов сигнализации. Российская промышленность много лет производит подобные устройства. Они отличаются высокой надежностью, широким диапазоном рабочих условий, устойчивостью к внешним воздействиям, но имеют ограниченную функциональность и архаичный дизайн. Западные производители помимо подобных аварийных извещателей часто применяют устройства сигнализации обобщенного состояния производственных линий и машин. Они позволяют оператору издали с одного взгляда определить общий статус каждого функционально выделенного узла объекта управления.

Реализация современных АСУТП, требующих развитого человеко-машинного интерфейса, немыслима без применения SCADA-систем. Неотъемлемой частью SCADA является подсистема сигнализации. Подсистемы сигнализации в разных SCADA-системах имеют свои отличия и особенности. Традиционным способом представления какого-либо события в SCADA-системе является создание текстового сообщения. В отличие от офисных систем сообщения SCADA не отображаются во всплывающих диалоговых окнах, для их отображения используется специально выделенная зона экранного пространства - область сообщений. В общем случае сообщение о событии - это текстовая строка, формируемая из нескольких смысловых блоков. Количество блоков, их содержание и форму их представления определяет проектировщик ЧМИ. К наиболее стандартным блокам относятся дата, время, статус, текст сообщения. Статус - это состояние события, описываемого сообщением.

Обычно события подразделяются на классы, например: аварийные, предупредительные, технологические, системные, и каждому классу задается собственный приоритет, соответствующий важности этих сообщений для оператора. При наличии нескольких активных сообщений оператору они обычно предъявляются в порядке приоритета.      Важной функцией подсистемы сигнализации является возможность создания сообщений не только в рамках SCADA-системы, но и на контроллерном уровне. Генерация сообщений в ПЛК и последующая их передача в SCADA-систему является сложной процедурой, но она позволяет фиксировать последовательности быстротекущих событий и точнее присваивать событиям метки времени. Все современные SCADA-системы имеют мощные средства архивирования сообщений, основанные на СУБД, а также гибкие возможности просмотра и анализа статистики архивов. Технолог может не только проанализировать историю технологического процесса и действий оператора, но и оценить частотность появления каждого события или среднее время реакции оператора на различные сообщения. Важной характеристикой подсистемы сигнализации SCADA является ее нагрузочная способность. Иногда аварийные режимы работы объектов автоматизации могут приводить к каскадному или лавинообразному потоку событий. Пропуск части событий может дезинформировать оператора и в дальнейшем затруднить ретроспективный анализ ситуации. В "джентльменский набор" функций современной SCADA-системы входят поддержка горячего резервирования, распределенных конфигураций, тонких клиентов, динамического переключения языка проекта, контроль прав доступа. Подсистема сигнализации также должна полностью поддерживать все перечисленные возможности: сообщения должны передаваться между серверами в соответствии с заданными настройками, после временных отключений сервера его архивы должны автоматически синхронизироваться, восполняя недостающие данные из архивов работавших серверов, сообщения должны отображаться и квитироваться на тонких клиентах, тексты сообщений должны автоматически переключаться при смене активного языка проекта, квитирование или блокировка сообщений должны быть разрешены только пользователям с достаточным уровнем доступа.

Ведущие разработчики SCADA-систем делают все возможное, чтобы системный интегратор, реализующий конкретную систему управления, создавал человеко-машинный интерфейс с учетом особенностей восприятия информации оператором. Это делается как на уровне дизайна, программной реализации и стандартных настроек всех типовых элементов, так и на уровне документации, дающей практические рекомендации по организации интерфейса. Тем не менее, даже самые продуманные SCADA-системы и сотни отличных примеров реализации не избавляют системного интегратора от необходимости взвешенного подхода к проектированию системы сигнализации. В странах Европы и Северной Америки к этой проблеме относятся очень серьезно. Управление сигнализацией (Alarm Management) - это отдельное направление исследований и практической деятельности специалистов по автоматизации. Неоправданное повышение приоритетов сообщений в системе тоже может принести больше вреда, чем пользы. Для большинства АСУТП распределение приоритетов сигнализации должно выглядеть следующим образом: 5% - критический, 15% - высокий, 80% - нормальный.

При проектировании системы сигнализации в центре внимания системного интегратора должен быть оператор, а не АСУТП, ведь именно ему предназначается информация, именно он должен предпринять необходимые меры. Оператор должен четко понимать смысл каждого сообщения и возможные причины его появления. Эксперты оценивают суммарные ежегодные потери промышленности США из-за незапланированных простоев, вызванных неправильной работой систем сигнализации, на уровне 20 млрд. долларов. На фоне таких оценок осознается практическая значимость правильного проектирования системы сигнализации и управления ее работой в процессе эксплуатации.

В области человеко-машинного интерфейса на сегодняшний в России действует лишь два ГОСТа: ГОСТ Р МЭК 60447-2000 "Интерфейс человекомашинный. Принципы приведения в действие" и ГОСТ Р МЭК 60073-2000 "Интерфейс человекомашинный. Маркировка и обозначения органов управления и контрольных устройств. Правила кодирования информации". В зарубежной практике область ЧМИ также не отличается высоким уровнем стандартизации и унификации. Попытки выработки стандартов на системы человеко-машинного интерфейса предпринимались с 80-х годов прошлого столетия, но далеко не все из них были успешны.

 Британская Ассоциация Пользователей Инженерного Оборудования и Материалов (EEMUA) разработала и опубликовала руководство по человеко-компьютерным интерфейсам. Она выпустила руководство по проектированию, использованию и приобретению систем сигнализации, которое было обновлено в 2007 г. На сегодняшний день это стандарт в области систем сигнализации.  Помимо международных и национальных нормативов существуют отраслевые и корпоративные стандарты ЧМИ и систем сигнализации. В дополнение к стандартам выпускаются пояснения и рекомендации, помогающие проектировщикам, разработчикам и эксплуатационному персоналу точнее понимать требования нормативов и следовать им на практике. Примером дополнительного методического материала может служить руководство по эффективному управлению сигнализацией, опубликованное.американским консорциумом по Управлению Нештатными Ситуациями (ASM).

Системы человеко-машинного интерфейса АСУТП прошли долгий путь эволюции, но базовые принципы взаимодействия оператора с системой управления остаются неизменными. Из множества функциональных подсистем ЧМИ одной из наиболее ответственных является подсистема сигнализации, обеспечивающая своевременность реакции оператора на важные события технологического процесса. В зависимости от масштаба объекта управления и особенностей его работы система сигнализации может вырождаться до уровня сирены или требовать применения развитых программно-технических решений, обеспечивающих высокое быстродействие, резервирование, протоколирование событий, контроль прав доступа, многоязычность.

Подсистема сигнализации включается в состав всех SCADA-систем. Существуют общие принципы построения подобных подсистем, но отличия реализаций могут серьезно влиять на эффективность работы. Отдельным направлением исследований и практической деятельности в области ЧМИ является управление сигнализацией, главная задача которого - оптимизация потока информации, получаемой оператором от подсистемы сигнализации.

В сфере ЧМИ и систем сигнализации существует ряд российских, международных и зарубежных стандартов, в ближайшем будущем следует ожидать появления новых нормативов и рекомендаций.

Шерешевский Лев Аронович - заместитель директора по технике, к.т.н.

ООО НВФ "Сенсоры, Модули, Системы", www.sms-automation.ru

Раб.: (846) 269 15 20 доб. 113. Моб.: +7 9277502506. Skype: lev.shereshevsky

 

Новости

Подпишитесь прямо сейчас:
Ваш e-mail: *
Ваше имя: *




22-24 november 16
Журнал - Автоматизация и IT в НГК. Звоните по телефону (495) 221-09-38, info@avite.ru