Разработка автоматизированной системы управления технологическим процессом - Дипломная работа

Были рассмотрены вопросы исследования работы предприятия с точки зрения его эффективности и уровня автоматизации. На основании этих исходных данных была поставлена задача проектирования автоматизированной системы управления, которая объединила бы все потоки информации в работе теплиц в единое целое. Использование сервера Windows 2008 Server Database Edition на высокопроизводительной платформе Intel Xeon, пользовательские рабочие места используют стандартные «офисные» ПК с операционной системой Windows 7. В результате внедрения системы мы имеем усиленный контроль над управлением всем технологическим процессом выращивания продукции в теплицах.

Подъем сельского хозяйства на принципиально новый научно-технический и организационно-экономический уровень, перевод его на рельсы интенсивного развития, достижение высшего мирового уровня производительности общественного труда, качества продукции и эффективности производства требуют коренного совершенствования управления. Способствовать этому призваны АСУ, которые являются продуктом широкой электронизации народнохозяйственного комплекса.

Автоматизированные системы управления в настоящее время широко используются во всех звеньях управления народным хозяйством. ГОСТ 24.003-84 следующим образом определяет АСУ: «Автоматизированная система управления - система «человек - машина», обеспечивающая эффективное функционирование объекта, в которой сбор и переработка информации, необходимой для реализации функций управления, осуществляется с применением средств автоматизации и вычислительной техники».

Только такая автоматизированная система может считаться АСУ, результатом работы которой является эффективное функционирование объекта. При этом объектом может быть отдельное устройство или технологический процесс, предприятие, отрасль, сельское хозяйство.

В экономике под эффективностью понимается способность к достижению цели с наименьшими издержками. При определении эффективности сопоставляют полезный эффект и затраты на его получения. Понятие эффективности конкретизируется в каждой области человеческой деятельности в зависимости от специфической формы искомого эффекта. Понятие «экономический эффект» связано с содержанием целей, преследуемых хозяйственной деятельностью. Наиболее общая цель -удовлетворение материальных и культурных потребностей народа. Ей подчинено производство и распределение экономических благ. Поэтому теоретически экономический эффект производства измеряется степенью удовлетворения потребностей общества или полезным эффектом производимых благ. Показателями экономической эффективности могут служить производительность труда фондоотдача, выпуск продукции на единицу затрачиваемого сырья и материалов и т. д.

Эффективность АСУ определяется тем конкретным экономическим эффектом производства, который достигается благодаря применению в управлении средств автоматизации и вычислительно техники.

Поэтому цель дипломного проекта и состоит в том, чтоб автоматизировать ООО «Экопродукт» Краснодарский край, ст. Новотиторовская. Автоматизация этого комплекса даст кооперативу много преимуществ и в частности сократит время обработки информации и ускорит доступ к требуемому функционалу по управлению теплиц для выращивания растений. Управлять всеми теплицами можно будет с одного рабочего места. До разработки дипломного проекта в ООО «Экопродукт» не было автоматизированной системы управления. Сотрудники предприятия осуществляли весь контроль, вручную используя множество приборов и непосредственно обходя каждую из теплиц.

1. Исследование предметной области

1.1 Анализ предметной области

Современная теплица как объект управления температурным режимом характеризуется крайне неудовлетворительной динамикой и не стационарностью параметров, вытекающими из особенностей технологии производства (изменение степени загрязнения ограждения, нарастание объема листостебельной массы и т.д.).

В то же время агротехнические нормы предписывают высокую точность стабилизации температуры (1?С), своевременное ее изменение в зависимости от уровня фотосинтетически-активной облученности, фазы развития растений и времени суток.

Все эти обстоятельства предопределяют высокие требования к функционированию и качественному совершенствованию оборудования автоматизации.

Представим объект управления (теплицу) в виде черного ящика рисунок 1.1; выходные величины которого указаны справа (температура, влажность, освещенность внутри теплицы).

Управляемые величины на рисунке 1.1 изображены сверху. К ним относятся параметры теплоносителя. Контролируемые факторы на рисунке изображены слева.

К ним относятся: температура наружного воздуха, солнечная радиация, влажность наружного воздуха, скорость ветра. Перечисленные выше контролируемые факторы можно отнести к так называемым возмущениям, вызывающим отклонение от оптимальных режимов. Структурная схема теплицы как объекта управления представлена на рисунке 1.1.

Первым шагом к разработке системы автоматического управления микроклиматом в теплице является выявление математических моделей, т.е. выражений, определяющих связь между параметрами окружающей среды и выбранными критериями эффективности процесса.

Рисунок 1.1 - Теплица как объект управления (биологический и технический)

Каким бы сложным ни был выбранный критерий, математическая модель должна установить влияние факторов среды на урожайность, расход энергии, материальных ресурсов, эффективность труда обслуживающего персонала. Если энергетические затраты можно определить из условий теплового баланса, то для учета влияния условий окружающей среды на биологические объекты нужно иметь достаточно достоверные математические модели продуктивности. Для получения таких моделей необходимы постановка большого числа экспериментов и обработка полученного материала. Эксперименты могут быть активными, поставленными в фитотронах по планам второго порядка, и пассивными, выполненными путем непрерывного фиксирования значений параметров среды в процессе эксплуатации помещений.

Важнейшую группу ЭССАУ составляют системы, обеспечивающие оптимум какого-то заранее выбранного критерия. Экономия энергетических ресурсов является мощным средством снижения себестоимости сельскохозяйственной продукции, а сэкономленная энергия может быть использована для увеличения производства сельскохозяйственной продукции. Используя критерий удельных энергозатрат, можно получить самую дешевую с точки зрения потребления тепла сельскохозяйственную продукцию.

1.2 Концептуальное моделирование предметной области

На первом этапе проектирования необходимо определится с разбиением будущей системы на слои, чтобы в последствии было легче описывать разрабатываемую систему, а также поддерживать весь жизненный цикл разработки. На рисунке 1.2 представлено разбиение будущей системы на взаимосвязанные слои.

Рисунок 1.2 - Разбиение проектируемой системы на слои

Пользовательский интерфейс представляет собой коммуникативное средство между пользователем и всей системой в целом. Планируется разработка пользовательского интерфейса с использованием передовых технологий Microsoft Windows Presentation Foundation, что позволит легко в дальнейшем легко расширять, поддерживать и модифицировать.

Бизнес логика представляет собой набор классов, состоящих из моделей данных и функционала обеспечивающего взаимное преобразование форматов данных для отображения и дальнейшей передачи по конвейеру обработки, проверки корректности ввода и целостности данных.

Доступ к данным - на этом слои используется разработанный корпорацией Microsoft набор библиотек Entity Framework 5.0, что позволит существенно сократить время на разработку и повысить производительность программного продукта.

В качестве СУБД планируется использовать Microsoft SQL Server.

Доступ к аппаратной платформе будет реализован в виде набора классов, интерфейсов и динамических фабрик, что позволяет адаптировать и расширять функционал будущего протокола обмена данными.

Аппаратная платформа будет представлять собой контроллер Arduino, как основной сегмент и различные датчики, реле, сервоприводы и ИК-контроллеры.

Все слои на представленном выше рисунке связанны между собой и не имеют прямой цикличности, что дает мне право сделать вывод, что разбиение на слои построено, верно.

Разработка диаграммы вариантов использования преследует следующие цели: - Определить общие границы и контекст моделируемой предметной области на начальных этапах проектирования системы

- Сформулировать общие требования к функциональному поведению проектируемой системы.

- Разработать исходную концептуальную модель системы для ее последующей детализации в форме логических и физических моделей.

- Подготовить исходную документацию для взаимодействия разработчиков системы с ее заказчиками и пользователями.

Суть данной диаграммы состоит в следующем: проектируемая система представляется в виде множества сущностей или актеров, взаимодействующих с системой с помощью, так называемых вариантов использования. При этом актером или действующим лицом называется любая сущность, взаимодействующая с системой извне. Это может быть человек, техническое устройство, программа или любая другая система, которая может служить источником воздействия на моделируемую систему так, как определит сам разработчик. В свою очередь вариант использования служит для описания сервисов, которые система предоставляет актеру. При этом ничего не говорится о том, каким образом будет реализовано взаимодействие актеров с системой.

Средства Microsoft Visual Studio 2012 Enterprise Edition позволяют для описания функциональной системы воспользоваться графическим редактором для построения Use Case диаграмм (рисунок 1.3, рисунок 1.4).

Рисунок 1.3 - Диаграмма вариантов использования для администратора

Диаграмма вариантов использования разбита на два рисунка для удобства прочтения и наглядности в реальном проекте она составляет единое целое, проект всех диаграмм приведен на прилагаемом компакт диске.

Рисунок 1.4 - Диаграмма вариантов использования для пользователя

Как видно на рисунках существует два типа конечных пользователей: 1. Администратор.

2. Пользователь.

Далее будут подробнее описаны функции каждого из них.

Администратор отвечает за управление системой в целом, т.е. непосредственно он ведет список пользователей, а именно выполняет их создание, редактирование и удаление, а также назначает им те или иные права. В функции администратора так же входит ведение списка подключенных теплиц т.к. система, распределенная и имеет достаточное большое ограничение 65000 возможно подключенных теплиц, то на администратора возлагаются функции по корректному заполнению этого списка, так же администратор может отслеживать работу аппаратной платформы, как в целом, так и отдельно по каждой теплице и вносить необходимые для работы корректировки.

Пользователь или оператор системы является основным управленцем в системе, именно пользователи контролируют параметры работы всех систем теплиц, задают пороговые значения для включения той или иной системы, а также могут напрямую дистанционно управлять каждой аппаратной частью подключенной к контроллеру, системой полива, системой нагрева, системой вентиляции. Пользователь может формировать отчеты по использованию тех или иных ресурсов, а также статистические данные по различным параметрам, что впоследствии может помочь сократить затраты при правильном планировании сельскохозяйственных работ.

Рисунок 1.5 - Диаграмма последовательности

Диаграмма последовательности (рисунок 1.5) - диаграмма , на которой показаны взаимодействия объектов, упорядоченные по времени их проявления.

Основными элементами диаграммы последовательности являются обозначения объектов (прямоугольники), вертикальные линии, отображающие течение времени при деятельности объекта, и стрелки, показывающие выполнение действий объектами. На данной диаграмме объекты располагаются слева направо.

На приведенной диаграмме показано последовательность работы с различным данными и сигналами, многие бизнес объект упрощены и сведены в один, т.к. их жизненный цикл абсолютно идентичен между собой. Основные жизненные циклы любого объекта полностью приведены и отражают детальную последовательность начиная от ввода пользователя и заканчивая реакцией аппаратной платформы.

Существует 4 основных типа взаимодействия и соответственно 4 основных жизненных цикла объекта: - Управление пользователем объектами в БД.

- Накопление статистической информации в БД.

- Прерывания от аппаратной платформы.

- Прямое управление пользователем аппаратной платформой.

Диаграммы деятельности (рисунок 1.6, рисунок 1.7) частный случай диаграмм состояний. Каждое состояние есть выполнение некоторой операции и переход в следующее состояние. Диаграммы деятельности особенно полезны в описании поведения, включающего большое количество параллельных процессов. Самым большим достоинством диаграмм деятельностей является поддержка параллелизма. Благодаря этому они являются мощным средством моделирования потоков работ и, по существу, параллельного программирования. Самый большой их недостаток заключается в том, что связи между действиями и объектами просматриваются не слишком четко.

Диаграммы деятельностей предпочтительнее использовать в следующих ситуациях: - анализ варианта использования. На этой стадии нас не интересует связь между действиями и объектами, а нужно только понять, какие действия должны иметь место и каковы зависимости в поведении системы. Связывание методов и объектов выполняется позднее с помощью диаграмм взаимодействия;

- анализ потоков работ (workflow) в различных вариантах использования. Когда варианты использования взаимодействуют друг с другом, диаграммы деятельностей являются мощным средством представления и анализа их поведения.

Рисунок 1.6 - Диаграмма деятельности аппаратной части

На приведенной, на рисунке 1.6 диаграмме определяются все действия или активности аппаратной платформы. Она является расширение диаграммы вариантов использования, т.к. указывает все технологические возможности заложенные в микропрограмме микроконтроллера.

Рисунок 1.7 - Диаграмма деятельности программной части

На рисунке 1.7 представлена диаграмма деятельности программной оболочки установленной у конечного пользователя. На этой диаграмме отражены все основные последовательности действий как пользователями, так и администраторами, данная диаграмма по своей сути повторяет диаграмму вариантов использования описанную выше.

Для всех пользователей есть общие активности: аутентификация, авторизация, завершение работы с программным продуктом. Для каждого же типа пользователей есть и персональные активности, так для администратора это добавление или изменение сведений о пользователе, удаление входит в понятие изменений, потому что физически пользователь не удаляется из базы данных и хранится там.

Класс - это основной строительный блок ПС. Это понятие присутствует и в ОО языках программирования, то есть между классами UML и программными классами есть соответствие, являющееся основой для автоматической генерации программных кодов или для выполнения реинжиниринга. Каждый класс имеет название, атрибуты и операции. Класс на диаграмме показывается в виде прямоугольника, разделенного на 3 области. В верхней содержится название класса, в средней - описание атрибутов (свойств), в нижней - названия операций - услуг, предоставляемых объектами этого класса.

Атрибуты класса определяют состав и структуру данных, хранимых в объектах этого класса. Каждый атрибут имеет имя и тип, определяющий, какие данные он представляет. При реализации объекта в программном коде для атрибутов будет выделена память, необходимая для хранения всех атрибутов, и каждый атрибут будет иметь конкретное значение в любой момент времени работы программы. Объектов одного класса в программе может быть сколь угодно много, все они имеют одинаковый набор атрибутов, описанный в классе, но значения атрибутов у каждого объекта свои и могут изменяться в ходе выполнения программы.

Диаграмма классов для обработки данных приведена на рисунке 1.8.

Рисунок 1.8 - Диаграмма классов для обработки данных

Диаграмма классов для взаимодействия с аппаратной платформой приведена на рисунке 1.9.

Рисунок 1.9 - Диаграмма классов для обработки данных

2. Анализ требований к разработке

2.1 Требования к системе

Регулирование микроклимата в теплице имеет свою специфику и существенно отличается от поддержания заданных параметров среды в жилых и промышленных помещениях. Толщина стекла внешнего ограждения теплиц равна 4 мм и испытывает сильное воздействие внешней среды. Любые изменения погоды - снег, дождь, яркое солнце, порывы ветра - моментально меняют атмосферу в теплице.

При этом, чтобы изменить температуру внутри теплицы, требуется определенное время, пока горячая вода в трубах обогрева полностью заменит холодную и поднимет температуру в помещении. Таким образом, система регулирования микроклимата должна на основе алгоритмов прогнозирования заранее отдавать команды инженерным системам комплекса: системе обогрева, проветривания, зашторивания, испарительного охлаждения и электрического досвечивания. Кроме того, требования к точности поддержания параметров микроклимата данной теплицы достаточно высоки - в пределах 0,5 градуса Цельсия.

Требования, предъявляемые к современным системам управления, в значительной степени общие для всех типов теплиц, но отличаются приоритетами. Рассмотрим основные факторы, учитываемые при выборе автоматизированной системы управления для конкретных теплиц: - Стоимость системы управления. Этот фактор всегда учитывается в первую очередь и, зачастую, является решающим. Автоматизированные системы управления состоят из интеллектуальной, силовой и вспомогательной частей. Это: - Интеллектуальная часть - контроллеры и компьютеры с программным обеспечением, преобразователи входных и выходных сигналов, информационная сеть, датчики, индикаторы и мониторы;

- Силовая часть - шкафы управления с коммутирующим и защитным оборудованием, органами ручного управления, световой сигнализацией, блоками питания;

- Вспомогательная часть - кабель силовой и контрольный, коробки соединительные и распределительные, лотки, установочные и монтажные материалы.

Очевидно, что для больших теплиц (тепличные комплексы) с большим количеством технологических систем и множеством функциональных возможностей состав и количество компонентов, а соответственно и стоимость систем управления, будет выше, чем для малых (индивидуальных) теплиц, у которых и систем меньше и требования к ним проще. Поэтому, стоимость систем управления определяется индивидуально для конкретных теплиц и анализируется в сравнении.

- Функциональные возможности системы управления. Практически все современные автоматизированные системы управления микроклиматом теплиц обладают достаточным набором функциональных возможностей, необходимых для управления микроклиматом теплиц, но отличаются деталями.

- Возможность автоматического управления имеющимися в теплице технологическими системами обогрева, форточной вентиляции, зашторивания, рециркуляции воздуха, полива, электрического досвечивания, подпитки СО2, химической защиты;

- Возможность обеспечения взаимосогласованного управления различными технологическими системами и исполнительными механизмами;

- Качество поддержания требуемого климата в теплицах или возможность имеющимися средствами добиться минимального отклонения от задания поддерживаемых климатических параметров: температуры, влажности, концентрации СО2, освещенности;

- Возможность корректировки задаваемых параметров микроклимата в теплице в зависимости от состояния растений, времени суток, года и метеоусловий для повышения урожайности в теплице;

- Возможность согласованного с потребностями теплицы управления вспомогательными тепловыми пунктами, электрогенерирующими установками и энергосберегающими системами.

Следует отметить, что, если для малых теплиц достаточна сама возможность автоматичекого управления имеющимися технологическими системами, то для больших теплиц эта возможность рассматривается как безоговорочная и обсуждаются дополнительные возможности управления котельными, электростанциями и т.п. Продвинутые заказчики оценивают качество динамических процессов управления параметрами микроклимата.

Степень автоматизации и методы управления. Имеющееся в названии любой автоматизированной системы управления микроклиматом теплиц слово «Автоматизированная» многих неискушенных пользователей вводит в заблуждение, вызывая уверенность, что эта автоматизированная система сама будет управлять всеми процессами в теплице. Необходимо учитывать, что в соответствии с существующей терминологией: «автоматическая система» - система, способная функционировать без участия человека; «автоматизированная система» - система, функционирующая с участием человека. Отличий у различных автоматизированных систем управления по способам достижения поставленных целей больше, чем сходств. Основные факторы, характеризующие функционирование системы управления: Степень автоматизации функций управления. Чем выше степень автоматизации, тем меньше требуется вмешательств оператора в процессы управления. В идеале, агроному требуется задать название сорта посаженной культуры и все действия по управлению исполнительными механизмами для обеспечения необходимого климата сделает система автоматического управления. Реально, на практике, агрономом или оператором, по указанию агронома, задаются задающие графики поддержания микроклимата и режимы работы оборудования, которые автоматически корректируются в соответствии с процессами управления, состоянием растений и внешними метеоусловиями. Системы, в которых аргоном, как великий «гуру», постоянно колдует над процентами открытия форточек или градусами теплоносителя - слабые системы, требующие постоянного и квалифицированного вмешательства в работу системы. Сильные системы на основе задания параметров микроклимата и введенных ограничений сами определяют необходимые режимы функционирования технологических систем и обеспечивают их корректировку в соответствии с автоматически контролируемыми процессами работы оборудования и состоянием растений в теплицах, создавая объективные предпосылки для надежного повышения урожайности и качества урожая. Методы автоматического управления. Теплицы с множеством параметров, перекрестных влияний, распределенностью на значительных площадях, изнашивающимся оборудованием, подверженностью непредсказуемым, а иногда и неизмеряемым, воздействиям относятся к классу сложных, многомерных, распределенных, нелинейных и нестационарных объектов управления. Методы управления должны быть соответствующие: оптимальные - обеспечивающие оптимизацию критерия качества, многосвязные - учитывающие многомерность объекта, динамические - учитывающие протяженность процессов управления во времени, адаптивные и самообучающиеся - учитывающие нелинейность и изменяемость параметров объекта управления, с обратной связью по управлению и возмущениям. Традиционные ПИД-регуляторы, ситуационные регуляторы или балансные системы управления работают лишь в ограниченных диапазонах и условиях. Наилучшие результаты по качеству процессов управления обеспечивают системы, построенные на основе динамического моделирования процессов управления в теплицах. Причем, чем больше параметров учитывает используемая модель, тем точнее вычисляются процессы в теплицах и точнее определяются команды управления. Это относится как к процессам формирования микроклимата в теплицах, создающим условия для роста растений, так и к процессам самого роста растений. Степень автоматизации и применяемые в системах управления методы накладывают определенные требования на техническое обеспечение и, естественно, существенно влияют на стоимость систем управления. Поэтому, если к системам управления для промышленных тепличных комбинатов экономически целесообразно предъявлять максимальные требования, то к системам управления для средних (фермерских) и, тем более, для малых (индивидуальных) теплиц требования должны быть значительно ограничены.

- Техническая база системы управления. Техническая база или техническое обеспечение систем управления включает в себя две основные составляющие: средства контроля и ввода данных, преобразования, обработки и выдачи управляющих воздействий (интеллектуальная составляющая) и средства электрического питания, коммутации, защиты и подключения средств управления (силовая составляющая). При множестве специфических есть и ряд основных характеристик технического обеспечения: - Структура системы управления - количество уровней управления, централизованность или распределенность технических средств, структура сети передачи данных;

- Надежность элементной базы. Как правило: чем ниже надежность элементов, тем ниже капитальные затраты при создании системы и выше стоимость эксплуатационных затрат на энергоносители и ремонт оборудования. И наоборот, надежное оборудование позволяет меньше внимания уделять его работоспособности и больше - выращиванию урожая;

- Наличие запаса по функциональным и количественным показателям;

Техническая база формируется, в первую очередь, из соображений обеспечения функциональных возможностей системы управления. Во вторую очередь - из условия оптимизации соотношения цена/качество.

Удобство эксплуатации и обслуживания. Со временем автоматизированные системы управления приходится ремонтировать, а также желательно, для предотвращения сбоев в работе, выполнять профилактическое обслуживание. Удобство эксплуатации и обслуживания определяется наличием и полнотой технической и технологической документации, включая электрические принципиальные схемы, паспорта на оборудование, описания и инструкции по эксплуатации. Данные факторы и их актуальность зависят, в свою очередь, от других факторов: степени автоматизации, структуры, надежности технического обеспечения, наличия проектной и эксплуатационной документации.

2.2 Анализ существующих разработок

Специальное программное обеспечение, решающее задачи ввода-вывода информации в системе АСУ ТП, отслеживание аварийных и предаварийных ситуаций, обработки и представление на пульт оператора графической информации о процессе, поддержки отчетов о выполнении технологического процесса. В мире существуют порядка десятка подобных систем.

Рисунок 2.1 - Схема интеграции SCADA-приложений в комплексные системы управления

Не смотря на большое разнообразие SCADA систем на рынке, большинство из них имеет примерно одинаковый набор функциональных возможностей позволяющих выполнять основные требования, предъявляемые к верхнему уровню АСУ ТП. Набор стандартных функций в SCADA системах обусловлен общим кругом задач при разработке систем автоматизации. Определим состав основных функций позволяющих выполнить полноценный проект по автоматизации: 1. То без чего не обходится ни одна SCADA система - это графический интерфейс, который позволяет упростить задачу построения и отображения технологического процесса (ТП). К графической части можно отнести возможность упрощенного или детализированного отображения объектов ТП., средств измерения физических параметров технологических объектов (ТО). Кроме того позволяет отображать кнопки, индикаторы, панели стрелочных или цифровых индикаторов, регуляторов и других вторичных приборов которые раньше располагались на панели шкафа автоматизации. Поддержка библиотек изображений и видео позволяющая выводить графическую информацию сторонних разработчиков на графическую панель SCADA системы, такие как элементы мнемосхем, динамические объекты.

2. SCADA системы позволяют вести архив измерений, событий и аварийных ситуаций происходящих на ТО, с отображением изменений информации в окне временного тренда.

3. Упрощенный язык составления алгоритмов управления ТП, математических вычислений.

4. Драйвера устройств и оборудования согласованной работы со SCADA системой, находящихся на нижнем и среднем уровнях АСУ ТП, такие как датчики, вторичное оборудование контроллеры.

5. Поддержка других языков программирования высокого уровня (Visual C , VBA, VB).

6. И одна из важнейших функций SCADA систем - средства защиты от несанкционированного доступа к файлам и компонентам.

Далее будет приведен сравнительный анализ популярных и доступных на данный момент SCADA систем.

Master SCADA - система визуализации АСУТП, MES, задач учета и диспетчеризации объектов промышленности, ЖКХ и зданий. Для оценки возможностей SCADA системы существует ознакомительная бесплатная версия на 32 точки и учебник по созданию АСУ ТП. Из других функций Master SCADA доступны следующие возможности: - взаимодействие с другими программами с помощью современных технологий (OPC, OLE, DCOM, ACTIVEX, OLE DB, ODBC и др.);

- функция использования в операторской панели АСУ ТП документов любого типа и поддержка обмена данными с ними Master SCADA имеет неограниченное расширение функциональности за счет использования продуктов сторонних разработчиков;

- наличие открытого интерфейса для создания пользователем любых базовых элементов.

TRACE MODE® - это первая интегрированная информационная система для управления промышленным производством, объединяющая в едином целом продукты класса SOFTLOGIC-SCADA / HMI-MES-EAM-HRM. SCADA система TRACE MODE разработана в 1992 году и к настоящему времени имеет более 7000 внедрений на объектах АСУ ТП. На данный момент актуальной версией является SCADA система TRACE MODE® 6.

Проекты, разработанные на базе TRACE MODE, имеют инсталляции в энергетической, металлургической, атомной, нефтяной, газовой, химической, космической и других отраслях промышленности. Нашли применение при разработке АСДУ ЖКХ и сельском хозяйстве России.

В состав системы входят бесплатные драйверы для более чем 2-х тысяч контроллеров и УСО.

Для программирования алгоритмов управления технологическими процессами в SCADA системе TRACE MODE 6 поддержаны все 5 языков международного стандарта IEC 61131-3. Такие как - Techno FBD, Techno LD, Techno SFC и процедурные - Techno ST, Techno IL.

SIMP Light MINISCADA - реализованные в системе инновационные решения, позволяют максимально сократить сроки на разработку, настройку и дальнейшую эксплуатацию проектов по АСУ ТП. SCADA система не требует от разработчика специфических знаний в области программирования и разработки систем верхнего уровня. Достаточно только сконфигурировать систему под разрабатываемые задачи, имея лишь базовые знания пользователя ПК.

SIMP Light MINISCADA имеет поддержку большого количеств моделей контроллеров и устройств сбора данных. Является одной из недорогих сред разработки визуализации.

Citect SCADA - программный продукт, представляющий собой полнофункциональную систему визуализации и мониторинга, управления и сбора данных. ПО Citect SCADA включает в себя все функциональные блоки (тренды, алармы, отчеты, драйвера, протоколы) представляя собой единое средство разработки проекта. В отличие от ПК -совместимых АСУ ТП Citect SCADA разрабатывалась как высокоэффективное средство управления интегрированными системами предприятия. Технологии Internet Explorer’а позволяют реализовывать удаленный мониторинг системы и управление технологическим процессом.

Дополнительное расширение возможностей Citect SCADA: - CITECTFACILITIES - специальное приложение для автоматизации зданий и систем жизнеобеспечения сооружений и объектов ЖКХ.

- CITECTSCADA Reports - Мощная система сбора данных и генерации отчетов на основе MS SQL Server 2008 и встроенной службы Reporting Services.

SCADA система PCVUE - полнофункциональный продукт для решения задач распределенного мониторинга и управления. Интеллектуальный Генератор (Smart Generator) создает приложения PCVUE из различных программных продуктов, включая AUTOCAD, CODESYS и ISAGRAF. В совокупности с компонентом WEBVUE PCVUE предлагает решение для детальной настройки, которая доступна из обычного Web-браузера через интранет или Интернет. Система поддерживает возможность расширения за счет добавления модулей и средств для того.

У приведенных выше систем SCADA есть множество достоинств и практически каждая из них подходит для решения поставленной задачи с учетом тех или иных доработок и настроек, но у всех есть два общих недостатка первоначально высокая стоимость внедрения и высокая стоимость сопровождения и поддержки, а так как одной из задач автоматизации было снижение издержек на производство готовой продукции, то было принято решение разработать собственную систему.

3. Техническое задание на разработку программно-аппаратного комплекса

Наименование программно-аппаратного комплекса: "Eco SCADA теплица".

Программно-аппаратный комплекс предназначен управления микроклиматом тепличного хозяйства, контроля за жизненно-важными показателями работы теплиц, накопления статистики и ведения учета. В базе данных хранятся следующие сведения: - Сведения о пользователях системы.

- Сведения о теплицах.

- Сведения об аппаратных контроллерах и датчиках.

- Сведения о состоянии показателей.

Программа предоставляет оконный интерфейс для управления базой данных и аппаратным контроллером в соответствии с предъявляемыми требованиями к эргономичности.

Программа должна обеспечивать возможность выполнения перечисленных ниже функций: - Разделение пользователей подключаемых через оконный интерфейс на группы: - Администраторы.

- Пользователи.

- Возможность управления списком теплиц, а также списком контроллеров для каждой теплицы.

- Возможность накопления статистических данных для последующей обработки их как в ручном, так и в автоматическом режимах специалистом.

- Возможность автоматического управления аппаратными подсистемы влияющими на микроклимат теплиц для поддержания заданных параметров микроклимата.

- Администратор должен иметь возможность проводить удаленную диагностику всех аппаратных подсистем.

- Для Администраторов базы данных возможность анализа в базе данных динамики изменения сведений о пользователях.

- Возможность подключения дополнительных датчиков и средств управления.¶

Надежное (устойчивое) функционирование программно-аппаратного комплекса должно быть обеспечено выполнением Заказчиком совокупности организационно-технических мероприятий, перечень которых приведен ниже: - организацией бесперебойного питания технических средств;

- использованием лицензионного программного обеспечения;

- регулярным выполнением рекомендаций Министерства труда и социального развития РФ, изложенных в Постановлении от 23 июля 1998 г. Об утверждении межотраслевых типовых норм времени на работы по сервисному обслуживанию ПЭВМ и оргтехники и сопровождению программных средств»;

- регулярным выполнением требований ГОСТ 51188-98. Защита информации. Испытания программных средств на наличие компьютерных вирусов.

Время восстановления после отказа, вызванного сбоем электропитания технических средств (иными внешними факторами), не фатальным сбоем (не крахом) операционной системы, не должно превышать 30-ти минут при условии соблюдения условий эксплуатации технических и программных средств.

Время восстановления после отказа, вызванного неисправностью технических средств, фатальным сбоем (крахом) операционной системы, не должно превышать времени, требуемого на устранение неисправностей технических средств и переустановки программных средств.

Отказы программы вследствие некорректных действий пользователя при взаимодействии с программой через оконный интерфейс недопустимы.

Климатические условия эксплуатации, при которых должны обеспечиваться заданные характеристики, должны удовлетворять требованиям, предъявляемым к техническим средствам в части условий их эксплуатации

Минимальное количество персонала, требуемого для работы программы, должно составлять не менее 2 штатных единиц - системный администратор и конечный пользователь программы - оператор. Системный администратор должен иметь высшее профильное образование и сертификаты компании-производителя операционной системы. В перечень задач, выполняемых системным администратором, должны входить: - задача поддержания работоспособности технических средств;

- задачи установки (инсталляции) и поддержания работоспособности системных программных средств - операционной системы;

- задача установки (инсталляции) программы;

- задача создания резервных копий базы данных.

В состав технических средств должен входить ІВМ-совместимый персональный компьютер (ПЭВМ), выполняющий роль сервера, включающий в себя: - процессор Pentium-2.8Hz, не менее;

В данном дипломном проекте решены две задачи: 1. Разработка аппаратно-программного комплекса для управления тепличным хозяйством.

2. Минимизация себестоимости выпуска готовой продукции на рынок для конечного потребителя.

Были рассмотрены вопросы исследования работы предприятия с точки зрения его эффективности и уровня автоматизации.

На основании этих исходных данных была поставлена задача проектирования автоматизированной системы управления, которая объединила бы все потоки информации в работе теплиц в единое целое.

Комплекс приложений и сервер БД используют локальную компьютерную сеть. Скорость передачи данных в сети является первым показателем скорости функционирования системы. Использование сервера Windows 2008 Server Database Edition на высокопроизводительной платформе Intel Xeon, пользовательские рабочие места используют стандартные «офисные» ПК с операционной системой Windows 7.

В результате внедрения системы мы имеем усиленный контроль над управлением всем технологическим процессом выращивания продукции в теплицах.

Архитектура клиент/сервер в дальнейшем позволит объединить подсистемы управления теплицами и подразделений кооператива в единую систему управления кооперативом. Таким образом, создается база на будущее для внедрения современных информационных технологий.

В экономической части подчеркивалось, что определяющими факторами при рассмотрении целесообразности создания новой системы будут материальные преимущества, такие как уменьшение себестоимости конечного продукта.

1. «Windows Server 2008. Для профессионалов». Вишневский Алексей Викторович[Текст] /. - СПБ.: Питер, 2010. - 832 с.

2. Гамильтон, Б. ADO.NET Сборник рецептов. Для профессионалов. [Текст] / Б. Гамильтон - СПБ.: Питер, 2005 - 576 с.

3. Гарнаев, А.Ю. Самоучитель QT Framework. [Текст] / А.Ю. Гарнаев - СПБ.: БХВ - Петербург, 2005. - 688 с.

4. Гарнаев, А.Ю. Самоучитель Visual Studio .NET 2003. А.Ю. Гарнаев - СПБ[Текст] /.: БХВ - Петербург, 2003.- 688 с.

5. Дейтел, Х. М. Как программировать для Internet и WWW. Х. М. Дейтел, П. Дж. Дейтел, Т. Р. Нието. Пер. с англ. [Текст] / - М.: ЗАО «Издательство БИНОМ», 2006 г. - 1184 с.

6. Макгрей, Э. «Система безопасности Windows». [Текст] / Э. Макгрей. - СПБ.: Питер, 2005. - 796 с.

7. Малкин, С. Microsoft .NET Remoting[Текст] / C. Малкин, Д. Нафтел : Microsoft Press Русская редакция Microsoft, 2005. - 384 с.

8. Малкин, С. Microsoft .NET Remoting[Текст] / C. Малкин, Д. Нафтел : Microsoft Press Русская редакция Microsoft, 2005. - 384 с.

9. Программирование для всех [Электронный ресурс] : Реализация баз даных на Microsoft SQL Server 2005 Режим доступа : http://www.realcoding.net.

10. Сборник технической документации [Электронный ресурс] : Реализация блочного шифрования в .NET : http://www.msdn.microsoft.com.

11. «Специалисты NIIT». Использование C#. Специальное издание Специалисты NIIT [Текст] /.- М.: Издательский дом «Вильямс», 2004 г. - 528

12. «Специалисты NIIT». Использование C . Специальное издание Специалисты NIIT.- М.: Издательский дом «Вильямс», 2006 г. - 628 с.

13. Троелсен А. Программирвоание на языке С# 2008 [Текст] / А. Троелсен - : APRESS, 2008. - 1400 с.

14. Троелсен, Э. «C# и платформа .NET. Библиотека программиста». Э. Троелсен[Текст] /. - СПБ.: Питер, 2005. - 796 с.

15. Фаронов В.В. Система программирования Widows. [Текст] / В.В. Фаронов. - СПБ.: БХВ-Петербург, 2005. - 1021 с.: ил.

16. Фаронов В.В. Система программирования С Builder [Текст] /. - СПБ.: БХВ-Петербург, 2003. - 912 с.: ил.

17. Феррара, Ф. Программирование web-сервисов для .NET. Библиотека программиста. Ф. Феррара, Мак-Дональд М[Текст] /. - Киев: BHV; СПБ.: Питер, 2005. - 430 с.

18. Филимонов, А.Ю. Построение мультисервисных сетей Ethernet [Текст] / Филимонов А.Ю. - СПБ. : BHV, 2007 г - 451c.

19. Финогенов, К.Г. WIN32 Основы программирования[Текст] / К.Г. Финогенов. - М.: Диалог - МИФИ, 2006. - 416 с.

20. Финогенов, К.Г. WIN32 Основы программирования[Текст] / К.Г. Финогенов М.: Диалог - МИФИ, 2006. - 416 с.

21. Шлее М. Qt4. Профессиональное программирование [Текст] / М. Шлее.- СПБ.: БХВ-Петербург, 2007. - 880 с.

22. Шлендер, П.Э. Безопасность жизнедеятельности [Текст]: учебник / Шлендер П.Э., Маслова, С.И. Подгаецкий В.М. - М.: Вузовский учебник, 2008 г. - 173c.

23. Электронный журнал RSDN [Электронный ресурс] : Классы доступа к базам данных и безопастность Режим доступа : http://www.rsdn.ru.

24. Язык программирования SQL [Электронный ресурс] : Синтаксис языка SQL Режим доступа : .