SCADA система
Содержание:
. Введение
. АСУ ТП и диспетчерское управление
. Компоненты систем контроля и управления и их назначение
. Технические характеристики
. Открытость систем
. Эксплуатационные характеристики
. Графические средства InTouch
. Объекты и их свойства
. Заключение
. Список литературы
1. Введение
Диспетчерское управление и сбор данных (SCADA – Supervisory Control And
Data Acquisition – система сбора данных и оперативного диспетчерского
управления) является основным и в настоящее время остается наиболее
перспективным методом автоматизированного управления сложными динамическими
системами (процессами) в жизненно важных и критичных с точки зрения
безопасности и надежности областях. Именно на принципах диспетчерского
управления строятся крупные автоматизированные системы в промышленности и
энергетике, на транспорте, в космической и военной областях, в различных
государственных структурах. SCADA – процесс сбора информации реального времени
с удаленных точек (объектов) для обработки, анализа и возможного управления
удаленными объектами. Требование обработки реального времени обусловлено
необходимостью доставки (выдачи) всех необходимых событий (сообщений) и данных
на центральный интерфейс оператора (диспетчера).
Современная АСУТП (автоматизированная система управления технологическим
процессом) представляет собой многоуровневую человеко-машинную систему
управления. Создание АСУ сложными технологическими процессами осуществляется с
использованием автоматических информационных систем сбора данных и вычислительных
комплексов, которые постоянно совершенствуются по мере эволюции технических
средств и программного обеспечения.
автоматизированный
управление технологический
2. АСУ ТП и
диспетчерское управление
Непрерывную во времени картину развития АСУТП можно разделить на три
этапа, обусловленные появлением качественно новых научных идей и технических
средств. В ходе истории меняется характер объектов и методов управления,
средств автоматизации и других компонентов, составляющих содержание современной
системы управления.
· Первый этап отражает внедрение систем автоматического регулирования
(САР). Объектами управления на этом этапе являются отдельные параметры,
установки, агрегаты; решение задач стабилизации, программного управления,
слежения переходит от человека к САР. У человека появляются функции расчета
задания и параметры настройки регуляторов.
· Второй этап – автоматизация технологических процессов.
Объектом управления становится рассредоточенная в пространстве система; с
помощью систем автоматического управления (САУ) реализуются все более сложные
законы управления, решаются задачи оптимального и адаптивного управления,
проводится идентификация объекта и состояний системы. Характерной особенностью
этого этапа является внедрение систем телемеханики в управление технологическими
процессами. Человек все больше отдаляется от объекта управления, между объектом
и диспетчером выстраивается целый ряд измерительных систем, исполнительных
механизмов, средств телемеханики, мнемосхем и других средств отображения
информации (СОИ).
· Третий этап – автоматизированные системы управления
технологическими процессами – характеризуется внедрением в управление
технологическими процессами вычислительной техники. Вначале – применение
микропроцессоров, использование на отдельных фазах управления вычислительных
систем; затем активное развитие человеко-машинных систем управления, инженерной
психологии, методов и моделей исследования операций и, наконец, диспетчерское
управление на основе использования автоматических информационных систем сбора
данных и современных вычислительных комплексов.
От этапа к этапу менялись и функции человека (оператора/диспетчера),
призванного обеспечить регламентное функционирование технологического процесса.
Расширяется круг задач, решаемых на уровне управления; ограниченный прямой
необходимостью управления технологическим процессом набор задач пополняется
качественно новыми задачами, ранее имеющими вспомогательный характер или
относящиеся к другому уровню управления.
Диспетчер в многоуровневой автоматизированной системе управления
технологическими процессами получает информацию с монитора ЭВМ или с
электронной системы отображения информации и воздействует на объекты,
находящиеся от него на значительном расстоянии с помощью телекоммуникационных
систем, контроллеров, интеллектуальных исполнительных механизмов.
От диспетчера уже требуется не только профессиональное знание
технологического процесса, основ управления им, но и опыт работы в
информационных системах, умение принимать решение (в диалоге с ЭВМ) в нештатных
и аварийных ситуациях и многое другое. Диспетчер становится главным действующим
лицом в управлении технологическим процессом.
Концепция SCАDA (Supervisory Control And Data Acquisition – диспетчерское
управление и сбор данных) предопределена всем ходом развития систем управления
и результатами научно-технического прогресса. Применение SCADA-технологий
позволяет достичь высокого уровня автоматизации в решении задач разработки
систем управления, сбора, обработки, передачи, хранения и отображения
информации.
Дружественность человеко-машинного интерфейса (HMI/MMI), предоставляемого
SCADA – системами, полнота и наглядность представляемой на экране информации,
доступность “рычагов” управления, удобство пользования подсказками и
справочной системой и т. д. – повышает эффективность взаимодействия диспетчера
с системой и сводит к нулю его критические ошибки при управлении.
Следует отметить, что концепция SCADA, основу которой составляет
автоматизированная разработка систем управления, позволяет решить еще ряд
задач, долгое время считавшихся неразрешимыми: сократить сроки разработки
проектов по автоматизации и прямые финансовые затраты на их разработку.
В настоящее время SCADA является основным и наиболее перспективным
методом автоматизированного управления сложными динамическими системами
(процессами).
Выбор SCADA-системы представляет собой достаточно трудную задачу,
аналогичную принятию решений в условиях многокритериальности, усложненную
невозможностью количественной оценки ряда критериев из-за недостатка
информации.
. Компоненты
систем контроля и управления и их назначение
Многие проекты автоматизированных систем контроля и управления (СКУ) для
большого спектра областей применения позволяют выделить обобщенную схему их
реализации, представленную на рис.1.
Как правило, это двухуровневые системы, так как именно на этих уровнях
реализуется непосредственное управление технологическими процессами. Специфика
каждой конкретной системы управления определяется используемой на каждом уровне
программно – аппаратной платформой.
· Нижний уровень – уровень объекта (контроллерный) – включает различные
датчики для сбора информации о ходе технологического процесса, электроприводы и
исполнительные механизмы для реализации регулирующих и управляющих воздействий.
Датчики поставляют информацию локальным программируемым логическим контроллерам
(PLC – Programming Logical Controoller), которые могут выполнять следующие
функции:
o сбор и обработка информации о параметрах технологического
процесса;
o управление электроприводами и другими исполнительными
механизмами;
o решение задач автоматического логического управления и др.
Рис.1.
Обобщенная схема системы контроля и управления
Так
как информация в контроллерах предварительно обрабатывается и частично используется
на месте, существенно снижаются требования к пропускной способности каналов
связи.
В
качестве локальных PLC в системах контроля и управления различными
технологическими процессами в настоящее время применяются контроллеры как
отечественных производителей, так и зарубежных. На рынке представлены многие
десятки и даже сотни типов контроллеров, способных обрабатывать от нескольких
переменных до нескольких сот переменных.
К
аппаратно-программным средствам контроллерного уровня управления предъявляются
жесткие требования по надежности, времени реакции на исполнительные устройства,
датчики и т.д. Программируемые логические контроллеры должны гарантированно
откликаться на внешние события, поступающие от объекта, за время, определенное
для каждого события.
Для
критичных с этой точки зрения объектов рекомендуется использовать контроллеры с
операционными системами реального времени (ОСРВ). Контроллеры под управлением
ОСРВ функционируют в режиме жесткого реального времени.
Разработка,
отладка и исполнение про-грамм управления локальными контроллерами
осуществляется с помощью специализированного программного обеспечения, широко
представленного на рынке.
К
этому классу инструментального ПО относятся пакеты типа ISaGRAF (CJ
International France), InConrol (Wonderware, USA), Paradym 31 (Intellution,
USA), имеющие открытую архитектуру.
· Информация с локальных контроллеров может направляться в сеть
диспетчерского пункта непосредственно, а также через контроллеры верхнего
уровня (см. рис. 1). В зависимости от поставленной задачи контроллеры верхнего
уровня (концентраторы, интеллектуальные или коммуникационные контроллеры)
реализуют различные функции. Некоторые из них перечислены ниже:
o сбор данных с локальных контроллеров;
o обработка данных, включая масштабирование;
o поддержание единого времени в системе;
o синхронизация работы подсистем;
o организация архивов по выбранным параметрам;
o обмен информацией между локальными контроллерами и верхним
уровнем;
o работа в автономном режиме при нарушениях связи с верхним
уровнем;
o резервирование каналов передачи данных и др.
· Верхний уровень – диспетчерский пункт (ДП) – включает, прежде всего, одну
или несколько станций управления, представляющих собой автоматизированное
рабочее место (АРМ) диспетчера/оператора. Здесь же может быть размещен сервер
базы данных, рабочие места (компьютеры) для специалистов и т. д. Часто в
качестве рабочих станций используются ПЭВМ типа IBM PC различных конфигураций.
Станции управления предназначены для отображения хода технологического процесса
и оперативного управления. Эти задачи и призваны решать SCADA – системы. SCADА
– это специализированное программное обеспечение, ориентированное на
обеспечение интерфейса между диспетчером и системой управления, а также
коммуникацию с внешним миром.
Спектр функциональных возможностей определен самой ролью SCADA в системах
управления и реализован практически во всех пакетах:
o автоматизированная разработка, дающая возможность создания ПО
системы автоматизации без реального программирования;
o средства исполнения прикладных программ;
o сбор первичной информации от устройств нижнего уровня;
o обработка первичной информации;
o регистрация алармов и исторических данных;
o хранение информации с возможностью ее пост-обработки (как
правило, реализуется через интерфейсы к наиболее популярным базам данных);
o визуализация информации в виде мнемосхем, графиков и т.п.;
o возможность работы прикладной системы с наборами параметров,
рассматриваемых как “единое целое” (“recipe” или
“установки”).
Рассматривая обобщенную структуру систем управления, следует ввести и еще
одно понятие – Micro-SCADA. Micro-SCADA – это системы, реализующие стандартные
(базовые) функции, присущие SCADA – системам верхнего уровня, но
ориентированные на решение задач автоматизации в определенной отрасли (узкоспециализированные).
В противоположность им SCADA – системы верхнего уровня являются универсальными.
· Все компоненты системы управления объединены между собой каналами связи.
Обеспечение взаимодействия SCADA – систем с локальными контроллерами, контроллерами
верхнего уровня, офисными и промышленными сетями возложено на так называемое
коммуникационное ПО. Это достаточно широкий класс программного обеспечения,
выбор которого для конкретной системы управления определяется многими
факторами, в том числе и типом применяемых контроллеров, и используемой SCADA –
системой.
· Большой объем информации, непрерывно поступающий с устройств
ввода/вывода систем управления, предопределяет наличие в таких системах баз
данных (БД). Основная задача баз данных – своевременно обеспечить пользователя
всех уровней управления требуемой информацией. Но если на верхних уровнях АСУ
эта задача решена с помощью традиционных БД, то этого не скажешь об уровне АСУ
ТП. До недавнего времени регистрация информации в реальном времени решалась на
базе ПО интеллектуальных контроллеров и SCADA – систем. В последнее время
появились новые возможности по обеспечению высокоскоростного хранения
информации в БД.
. Технические
характеристики
Программно-аппаратные платформы для SCADA-систем.
Анализ перечня таких платформ необходим, поскольку от него зависит ответ
на вопрос, возможна ли реализация той или иной SCADA-системы на имеющихся
вычислительных средствах, а также оценка стоимости эксплуатации системы (будучи
разработанной в одной операционной среде, прикладная программа может быть
выполнена в любой другой, которую поддерживает выбранный SCADA-пакет). В
различных SCADA-системах этот вопрос решен по разному. Так, FactoryLink имеет
весьма широкий список поддерживаемых программно-аппаратных платформ:
| Операционная система | Компьютерная платформа | |
| DOS/MS Windows | IBM PC | |
| OS/2 | IBM PC | IBM PC |
| VMS | VAX | |
| AIX | RS6000 | |
| HP-UX | HP 9000 | |
| MS Windows/NT | Системы с реализованным |
В то же время в таких SCADA-системах, как RealFlex и Sitex основу
программной платформы принципиально составляет единственная операционная
система реального времени QNX.
Подавляющее большинство SCADA-систем реализовано на MS Windows
платформах. Именно такие системы предлагают наиболее полные и легко
наращиваемые MMI – средства. Учитывая позиции Microsoft на рынке операционных
систем (ОС), следует отметить, что даже разработчики многоплатформных
SCADA-систем, такие как United States DATA Co (разработчик FactoryLink),
приоритетным считают дальнейшее развитие своих SCADA-систем на платформе
Windows NT. Некоторые фирмы, до сих пор поддерживавшие SCADA-системы на базе
операционных систем реального времени (ОСРВ), начали менять ориентацию, выбирая
системы на платформе Windows NT. Все более очевидным становится применение
ОСРВ, в основном, во встраиваемых системах, где они действительно хороши. Таким
образом, основным полем, где сегодня разворачиваются главные события
глобального рынка SCADA–систем, стала MS Windows NT/2000 на фоне всё
ускоряющегося сворачивания активности в области MS DOS, MS Windows 3.xx/95.
Имеющиеся средства сетевой поддержки.
Одной из основных черт современного мира систем автоматизации является их
высокая степень интеграции. В любой из них могут быть задействованы объекты
управления, исполнительные механизмы, аппаратура, регистрирующая и
обрабатывающая информацию, рабочие места операторов, серверы баз данных и т.д.
Очевидно, что для эффективного функционирования в этой разнородной среде
SCADA-система должна обеспечивать высокий уровень сетевого сервиса. Желательно,
чтобы она поддерживала работу в стандартных сетевых средах (ARCNET, ETHERNET и
т.д.) с использованием стандартных протоколов (NETBIOS, TCP/IP и др.), а также
обеспечивала поддержку наиболее популярных сетевых стандартов из класса
промышленных интерфейсов (PROFIBUS, CANBUS, LON, MODBUS и т.д.) Этим
требованиям в той или иной степени удовлетворяют практически все
рассматриваемые SCADA-системы, с тем только различием, что набор поддерживаемых
сетевых интерфейсов, конечно же, разный.
Встроенные командные языки.
Большинство SCADA-систем имеют встроенные языки высокого уровня,
VBasic-подобные языки, позволяющие генерировать адекватную реакцию на события,
связанные с изменением значения переменной, с выполнением некоторого логического
условия, с нажатием комбинации клавиш, а также с выполнением некоторого
фрагмента с заданной частотой относительно всего приложения или отдельного
окна.
Поддерживаемые базы данных.
Одной из основных задач систем диспетчерского контроля и управления является
обработка информации: сбор, оперативный анализ, хранение, сжатие, пересылка и
т. д. Таким образом, в рамках создаваемой системы должна функционировать база
данных.
Практически все SCADA-системы, в частности, Genesis, InTouch, Citect,
используют ANSI SQL синтаксис, который является независимым от типа базы
данных. Таким образом, приложения виртуально изолированы, что позволяет менять
базу данных без серьезного изменения самой прикладной задачи, создавать
независимые программы для анализа информации, использовать уже наработанное
программное обеспечение, ориентированное на обработку данных.
Графические возможности.
Для специалиста-разработчика системы автоматизации, также как и для
специалиста – “технолога”, чье рабочее место создается, очень важен
графический пользовательский интерфейс. Функционально графические интерфейсы
SCADA-систем весьма похожи. В каждой из них существует графический
объектно-ориентированный редактор с определенным набором анимационных функций.
Используемая векторная графика дает возможность осуществлять широкий набор
операций над выбранным объектом, а также быстро обновлять изображение на
экране, используя средства анимации.
. Открытость
систем
Система является открытой, если для нее определены и описаны используемые
форматы данных и процедурный интерфейс, что позволяет подключить к ней
“внешние”, независимо разработанные компоненты.
Разработка собственных программных модулей.
Перед фирмами-разработчиками систем автоматизации часто встает вопрос о
создании собственных (не предусмотренных в рамках систем SCADA) программных
модулей и включение их в создаваемую систему автоматизации. Поэтому вопрос об
открытости системы является важной характеристикой SCADA-систем. Фактически
открытость системы означает доступность спецификаций системных (в смысле SCADA)
вызовов, реализующих тот или иной системный сервис. Это может быть и доступ к
графическим функциям, функциям работы с базами данных и т.д.
Драйверы ввода-вывода.
Современные SCADA-системы не ограничивают выбора аппаратуры нижнего
уровня, так как предоставляют большой набор драйверов или серверов ввода-вывода
и имеют хорошо развитые средства создания собственных программных модулей или
драйверов новых устройств нижнего уровня. Сами драйверы разрабатываются с
использованием стандартных языков программирования. Вопрос, однако, в том,
достаточно ли только спецификаций доступа к ядру системы, поставляемых
фирмой-разработчиком в штатном комплекте (система Trace Mode), или для создания
драйверов необходимы специальные пакеты (системы FactoryLink, InTouch), или же,
вообще, разработку драйвера нужно заказывать у фирмы-разработчика.
Разработки третьих фирм.
Многие компании занимаются разработкой драйверов, ActiveX-объектов и
другого программного обеспечения для SCADA-систем. Этот факт очень важно оценивать
при выборе SCADA-пакета, поскольку это расширяет область применения системы
непрофессиональными программистами.
.
Эксплуатационные характеристики
Показатели этой группы критериев наиболее субъективны. К этой группе
можно отнести:
· удобство интерфейса среды разработки – “Windows – подобный
интерфейс”, полнота инструментария и функций системы;
· качество документации – ее полнота, уровень русификации;
· поддержка со стороны создателей – количество инсталляций,
дилерская сеть, обучение, условия обновления версий и т. д.
Если предположить, что пользователь справился и с этой задачей –
остановил свой выбор на конкретной SCADA – системе, то далее начинается
разработка системы контроля и управления, которая включает следующие этапы:
· Разработка архитектуры системы автоматизации в целом. На этом этапе
определяется функциональное назначение каждого узла системы автоматизации.
· Решение вопросов, связанных с возможной поддержкой
распределенной архитектуры, необходимостью введения узлов с “горячим
резервированием” и т.п.
· Создание прикладной системы управления для каждого узла. На
этом этапе специалист в области автоматизируемых процессов наполняет узлы
архитектуры алгоритмами, совокупность которых позволяет решать задачи
автоматизации.
· Приведение в соответствие параметров прикладной системы с
информацией, которой обмениваются устройства нижнего уровня (например,
программируемые логические контроллеры – ПЛК) с внешним миром (датчики
технологических параметров, исполнительные устройства и др.)
· Отладка созданной прикладной программы в режиме эмуляции. В
последующих главах на примере двух известных и хорошо зарекомендовавших себя
SCADA-систем (InTouch и Citect) рассмотрены основные компоненты, функции и
возможности систем диспетчерского управления и сбора данных.
Графический интерфейс
Средства визуализации – одно из базовых свойств SCADA – систем. В каждой
из них существует графический объектно – ориентированный редактор с
определенным набором анимационных функций. Используемая векторная графика дает
возможность осуществлять широкий круг операций над выбранным объектом. Объекты
могут быть простыми (линии, прямоугольники, текстовые объекты и т. д.) и
сложные. Возможности агрегирования сложных объектов в разных SCADA – системах
различны. Все SCADA – системы включают библиотеки стандартных графических
символов, библиотеки сложных графических объектов, обладают целым рядом других
стандартных возможностей.
Но, тем не менее, каждая SCADA – система по-своему уникальна и, несмотря
на поддержание стандартных функций, обладает присущими только ей особенностями.
При рассмотрении графических возможностей SCADA – систем InTouch и Citect
предполагается обратить внимание не только на возможности инструментариев по
созданию графических объектов, но и на другие предоставляемые пользователю
услуги, облегчающие и ускоряющие процесс разработки приложений (проектов).
. Графические
средства InTouch
Компоненты среды разработки InTouch:
· WindowMaker – инструментальная среда разработки приложений;
· Application Explorer – представление приложения в
иерархическом виде с доступом к любому компоненту приложения и многим часто
используемым командам и функциям WindowMaker.
Проект, созданный в пакете InTouch, представляет собой набор окон
(Window) с различными графическими и текстовыми объектами.
Свойства каждого окна (наличие заголовка, цвет фона, размеры и т. д.)
определяются при его создании. Создание нового окна производится в среде
разработки WindowMaker щелчком по иконке панели инструментов General или
командой File/New Window. На экране появится диалог Window Properties (Свойства
окна, рис. 2).
Рис.
2. Диалог Window Properties (Свойства окна).
Каждое
окно должно иметь свое имя для его идентификации в приложении (Name). Цвет фона
создаваемого окна выбирается из цветовой палитры, вызываемой на экран щелчком
по окошку Window Color. В поле Comment можно ввести комментарий, связанный с
этим окном (необязательно). Эта информация нужна только для документирования и
не используется приложением. InTouch предлагает три типа окон (Window Туре):
· Replace (заменяющее) – закрывает все существующие окна, перекрываемые им
при появлении на экране, включая окна типа Popup и другие окна типа Replace.
· Overlay (перекрывающее) – появляется поверх всех отображаемых
в текущий момент окон. Когда окно типа Overlay закрывается, все скрываемые им
окна восстанавливаются. Щелчок мыши по любому видимому участку лежащего ниже
окна приводит к переходу его на передний план.
· Popup (всплывающее) – похоже на окно типа Overlay, только оно
всегда остается поверх всех других открытых окон. Окно закрывается после
соответствующей команды пользователя.
Выбор типа создаваемого окна производится включением соответствующей
кнопки в поле Window Туре. В поле Frame Style (стиль обрамления) выбирается
необходимый стиль обрамления окна:
· Single – окно с рамкой, допускается заголовок;
· Double – окно с рамкой без заголовка;
· None – окно без рамки и заголовка.
Чтобы у окна была полоса с заголовком, где выводится имя окна, включают
опцию Title Bar. Эта полоса также служит для перемещения окна при захвате ее
мышью. При выборе этой опции отключатся опции Double и None для стиля
обрамления.
Для возможности изменения размеров окна, когда оно откроется в
WindowMaker, следует выбрать опцию Size Controls (управление размером).
В группе полей Dimentions определяются текущие размеры и положение окна на
рабочем поле:
· X Location – расстояние в пикселях между левым краем рабочего поля
WindowMaker и левым краем описываемого окна;
· Y Location – расстояние в пикселях между верхним краем
рабочего поля WindowMaker и верхним краем описываемого окна;
· Window Width – ширина окна в пикселях;
· Window Height – высота окна в пикселях.
По умолчанию при создании нового окна эти параметры примут значения
предыдущего (последнего) созданного окна.
Кнопка Scripts (скрипты) дает возможность войти в диалог Window Script
для создания оконного сценария.
Интерфейс WindowMaker с открытым окном представлен на рис. 3.
Сверху экрана расположена строка меню, включающая опции для работы с
окнами, редактирования и выравнивания объектов в окне, настройки
инструментариев, текста, толщины и стиля линий и т. д.
Слева от рабочего поля видно меню Application Explorer, которое может
быть выведено в интерфейс WindowMaker или закрыто нажатием соответствующей
иконки инструментария.
Рис. 3. Интерфейс WindowMaker
. Объекты и
их свойства
Простые объекты.поддерживает четыре базовых типа простых объектов: линии,
заполненные контуры, текст и кнопки. Каждый из этих простых объектов имеет
свойства, влияющие на его внешний вид. Такими свойствами являются цвет линии,
цвет заполнения, высота, ширина, ориентация и т. д., и они могут быть
статическими или динамическими.
· Линия – это объект, представляющий собой один или несколько связанных
отрезков. Толщина линии и ее стиль являются статическими свойствами линии,
присваиваемыми ей во время создания, и лишь цвет линии может быть связан с
анимационной функцией.
· Текст представляет собой последовательность символов. К
статическим свойствам текста относятся тип шрифта, его размер, выделение,
курсив, подчеркивание, выравнивание. Анимационные свойства шрифта – цвет,
видимость и расположение.
· Кнопка – часто используемый объект при создании операторских
интерфейсов. С кнопками могут быть связаны функции различных типов. Нажатие
кнопки может вызвать выполнение скриптов, кнопкой можно производить ввод
аналоговых и дискретных величин и т. д.
Один и тот же объект может иметь набор различных динамических свойств.
Комбинации этих свойств предоставляют возможность создавать на экране в режиме
исполнения (Runtime) практически любые динамические эффекты. Для установки
динамических свойств надо прежде всего вызвать на экран диалог их выбора (рис.4).
Это достигается командой Special/Animation Link или двойным щелчком левой
кнопки мыши на объекте.
Рис.
4. Диалог выбора динамических свойств объекта.
Все
динамические связи можно разделить на две группы: Touch Links (левая колонка) и
Display Links (три колонки справа). С помощью свойств Touch Links выполняется
какой – либо ввод в систему. Свойства Display Links осуществляют вывод
информации на экран дисплея. Нажатие на любую клавишу диалога (рис. 4) вызывает
появление нового диалога для определения соответствующего свойства объекта.
Количество диалогов соответствует количеству динамических свойств (кнопок)
диалога выбора. Все диалоги различны, но большинство из них имеет общие
характеристики:
· окно типа объекта;
· одинаковую палитру цветов;
· быстрый вызов словаря переменных;
· быстрый доступ к полям переменных;
· поддержку правой кнопки мыши в полях Tagname (имя переменной)
и Expression (выражение).
На рис.5 приведен диалог для определения свойств объекта (кнопки),
управляющего значением дискретной переменной.
Рис.5.
Диалог определения свойств кнопки
Завершение
работы с диалогом производится нажатием кнопки Ok. Если переменная поля Tagname
была ранее определена в словаре переменных данного приложения, пользователь
возвращается в диалог выбора динамических свойств объекта (рис. 4). Можно либо
продолжить определение других динамических свойств для данного объекта, либо,
нажав Ok, вернуться на поле разработки окна приложения.
Сложные
объекты.
· Символ – это некоторая комбинация простых объектов, которые
обрабатываются как один объект. Любое изменение статических или динамических
свойств символа влияет на все составляющие символа. Например, если создать
символ “насос” из двух кругов и двух прямоугольников и присвоить ему
динамическое свойство Fill Color (цвет заполнения), то это свойство будет
распространяться на все четыре простых объекта. Различные объекты символа могут
иметь разные значения одного и того же свойства, если они были присвоены этим
объектам до объединения в символ. Bitmap – объекты, кнопки, компоненты не могут
быть включены в состав символа.
· Компонент – это совокупность двух или более объектов,
символов или других компонентов, образующих единый элемент. Они создаются путем
выбора двух и более объектов, символов или компонентов и последующего запуска
команды Arrange/Make Cell. Компоненты реализуют пространственную взаимосвязь
между составляющими их графическими элементами. Каждая составляющая компонента
может иметь свои собственные динамические свойства. Компоненты используются для
таких виртуальных устройств, как панель управления контроллером, движковый
регулятор и т. д. Компонент не может менять свой размер, ему нельзя присваивать
динамические свойства (внутри компонента есть объекты и символы со своими
динамическими свойствами). Нельзя изменять и статические свойства (внешний
вид). Для изменения статических и динамических свойств компонента его надо
разобрать на составные части командой Arrange/Break Cell. Однако компоненты
можно дублировать, копировать, вставлять, выравнивать, перемещать и т. д.
Мастер-объект – это предварительно созданный компонент с определенными
статическими и динамическими свойствами, находящийся в библиотеке
мастер-объектов (Wizards) и доступный для многократного применения. Но, в
отличие от компонента, динамические свойства которого настраиваются для каждой
составляющей отдельно до объединения в компонент, динамические свойства
мастер-объекта быстро настраиваются с помощью специализированного диалога.
Другими словами, фирма Wonderware провела большую работу и создала огромное
количество мастер-объектов (несколько тысяч), определив для каждого из них
механизм быстрой настройки статических и динамических свойств. Все эти
мастер-объекты разделены на большое количество групп и размещены в
соответствующей библиотеке. Доступ к ней осуществляется нажатием иконки Wizard
в интерфейсе WindowMaker, что вызывает появление на экране диалога Wizard
Selection (Выбор мастер-объекта. В левой части диалога – список групп
мастер-объектов, включающий такие категории, как Buttons (кнопки), Sliders
(ползунковые регуляторы), Switches (переключатели) и т. д.
В правой части диалога приведены все мастер-объекты выбранной в данный
момент группы. Двойной щелчок по требуемому мастер-объекту возвращает
пользователя в окно разработки приложения. Курсор принимает форму уголка с
символом . Наконец, щелчок мыши на свободном месте окна приводит к появлению
мастер-объекта в окне приложения. Для его конфигурирования (определения динамических
свойств) следует дважды щелкнуть на мастер-объекте.
Например, двойной щелчок по кнопке Momentary Button (кнопка запуска),
предварительно вставленной в окно приложения, выводит на экран диалог
конфигурирования этой кнопки (рис.6).
Достаточно ввести имя дискретной переменной, желаемый текст на кнопке,
отметить несколько опций и нажать Ok. Инструмент Bitmap инструментальной панели
рисования позволяет копировать и встраивать в приложение InTouch растровые
объекты (совокупность точек). С помощью него создается “контейнер”
для последующей вставки объекта из папки обмена Windows либо файлов с
расширением .BMP, .JPG, .PCX, .TGA. Для WindowMaker растровое изображение
является единым объектом. Невозможно ни анимировать его отдельные части, ни
вставлять Bitmap – объекты в символы (можно вставлять в компоненты). Такой
объект можно развернуть на рабочем поле на 90, 180, 270, 360 градусов, а также
определить для него цвет “прозрачности”, чтобы через него можно было
видеть и другие объекты.
Тренды. InTouch предлагает пользователю два сложных объекта типа тренд:
тренд реального времени и исторический (архивный) тренд. Эти объекты позволяют
отображать в виде графиков значения данных реального времени (4 пера) и
архивных данных (8 перьев). Оба типа трендов создаются при использовании
специальных инструментов панели рисования окна WindowMaker с последующим
конфигурированием. Подробная информация по созданию и конфигурированию трендов
будет приведена в соответствующей главе.
Подводя итог описанию графических средств пакета InTouch, следует
отметить, что фирма Wonderware в этом плане предлагает потребителю хороший
набор возможностей:
· богатый, традиционный для пользователей Windows инструментарий;
· меню правой кнопки мыши для окон, графических объектов и
полей диалогов;
· широкий спектр динамических свойств объектов;
· огромную библиотеку мастеров-объектов (Wizards).
Организация взаимодействия с контроллерами
Современные SCADA – системы не ограничивают выбора аппаратуры нижнего
уровня (контроллеров), так как предоставляют большой набор драйверов или
серверов ввода/вывода и имеют хорошо развитые средства создания собственных
программных модулей или драйверов новых устройств нижнего уровня.
Для подсоединения драйверов ввода/вывода к SCADA – системе в настоящее
время используются следующие механизмы:
· ставший стандартом de facto динамический обмен данными (DDE);
· собственные протоколы фирм-производителей SCADA – систем,
реально обеспечивающие самый скоростной обмен данными;
· новый OPC – протокол, который, с одной стороны, является
стандартным и поддерживается большинством SCADA – систем, а с другой стороны,
лишен недостатков протоколов DDE.
Изначально протокол DDE применялся в первых человеко – машинных
интерфейсах в качестве механизма разделения данных между прикладными системами
и устройствами типа ПЛК (программируемые логические контроллеры). Для
преодоления недостатков DDE, прежде всего для повышения надежности и скорости
обмена, разработчики предложили свои собственные решения (протоколы), такие как
AdvancedDDE или FastDDE – протоколы, связанные с пакетированием информации при
обмене с ПЛК и сетевыми контроллерами. Но такие частные решения приводят к ряду
проблем:
· для каждой SCADA – системы пишется свой драйвер для поставляемого на
рынок оборудования;
· в общем случае, два пакета не могут иметь доступ к одному
драйверу в одно и то же время, поскольку каждый из них поддерживает обмен
именно со своим драйвером.
Основная цель OPC стандарта (OLE for Process Control) заключается в
определении механизма доступа к данным с любого устройства из приложений. OPC
позволяет производителям оборудования поставлять программные компоненты,
которые стандартным способом обеспечат клиентов данными с ПЛК. При широком
распространении OPC – стандарта появятся следующие преимущества:
· OPC позволят определять на уровне объектов различные системы управления и
контроля, работающие в распределенной гетерогенной среде;
· OPC – устранят необходимость использования различного
нестандартного оборудования и соответствующих коммуникационных программных драйверов;
· у потребителя появится больший выбор при разработке
приложений.
С OPC – решениями интеграция в гетерогенные (неоднородные) системы
становится достаточно простой. Применительно к SCADA-системам OPC серверы,
расположенные на всех компьютерах системы управления производственного
предприятия, стандартным способом могут поставлять данные в программу
визуализации, базы данных и т. п., уничтожая, в некотором смысле, само понятие
неоднородной системы.
9. Заключение
Самый верхний уровень любой автоматизированной системы – это, конечно,
человек. Однако в современной технической литературе под верхним уровнем
понимается комплекс аппаратных и программных средств, выполняющих роль
полуавтоматического диспетчерского узла АСУТП, ядром которого служит ПК или более
мощный компьютер. Человек-оператор входит в систему как одно из функциональных
звеньев верхнего уровня управления. Такой подход имеет и положительные, и
отрицательные стороны. Положительный момент состоит в том, что круг
обязанностей оператора в таком случае заранее определен, и от него не требуется
детального знания технологического процесса. Другими словами, управлять
процессом сможет не только квалифицированный технолог. Отрицательные же стороны
– следствие того, что уменьшается гибкость управления за счет снижения влияния
на процесс.
В связи с этим разработчикам АСУТП приходится учитывать дополнительные
требования. Необходимо не только принять во внимание аппаратную составляющую
процесса, не только подобрать режимы работы оборудования, но и разработать
надежное и корректно работающее ПО. Конечно, оптимальный вариант – это такая
организация работы, когда одна и та же группа разработчиков отвечает и за
технологическую карту процесса, и за подбор и отладку оборудования, и за
разработку ПО. В таком случае разработчики должны быть одинаково сильны и в
технологии конкретного процесса, и в применении специального оборудования, и в
написании сложных управляющих, сервисных и коммуникационных программ. Однако
подобрать такую команду бывает затруднительно.
Для упрощения разработки программной составляющей АСУТП сейчас
используются так называемые программы ММI (Man-Machine Interface – интерфейс
человек-машина) и SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition –
диспетчерское управление и сбор данных). Применение этих пакетов позволяет
вести автоматизированную разработку ПО АСУТП; осуществлять в реальном времени
контроль и управление технологическим процессом; получать и обрабатывать
информацию о процессе в удобном виде.
10. Список литературы
1. Scada . ru – Публикации – SCADA – системы: взгляд изнутри
// URL:
http://www.scada.ru/publication/book/preface.html
2. Кабаев С.В. Пакет программного обеспечения Intouch –
система мониторинга и управления в объектах промышленной автоматизации
// URL: http://www.mka.ru/go/?id=40463&url=www.rtsoft.ru
3. ТРЕЙС МОУД –
интегрированная SCADA- и softlogic-система для разработки АСУТП // URL:
<http://adastra.ru/ru/tm/tm5/>
. Кузнецов А. Genesis for
Windows – графическая scada-система для разработки АСУ ТП. // Современные
технологии автоматизации.- 1997.- №3.
Министерство
образования и науки Российской Федерации
Бийский технологический институт (филиал)
федерального
государственного бюджетного
образовательного учреждения
высшего
профессионального образования
«Алтайский
государственный технический университет
им. И. И. Ползунова»
(БТИ
АлтГТУ)
Реферат
для
поступления в аспирантуру по направлению
подготовки
09.06.01
Информатика и вычислительная техника
(шифр
и наименование направления подготовки)
по
направленности (профилю) программы
подготовки
Системный
анализ, управление и обработка информации
(наименование
направленности программы подготовки)
на
тему:
«Методы
совершенствования принципов построения
интеллектуальных SCADA- систем»
(наименование
темы)
Выполнил(а):
Поступающий
в аспирантуру
____________________ _________ (Чепров
А. Е.)
подпись
расшифровка
Предполагаемый
научный
руководитель
____________________________ ___
(Кудряшова
О. Б.)
подпись
расшифровка
Бийск
2015
Содержание
Введение 3
SCADA-системы 4
Роль
и место SCADA-систем на рынке АСУТП 5
Структура
и основные понятия 7
Интеллектуальные
системы SCADA 9
Технология
построения систем информационной
поддержки оператора в АСУ ТП сложными
энергетическими объектами на базе
интеллектуальной SCADA системы –
«СПРИНТ-РВ» 13
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 15
Список
использованных источников 17
Введение
Основным
направление в развитии современных
технологий является создание
автоматизированных систем управления
техническими процессами (АСУ ТП).
Большинство таких систем функционируют
с участием человека. Взаимодействия
между человеком и системой автоматизации
называют человеко-машинным интерфейсом
(ЧМИ) или Human Machine Interface,
(HMI). В наше время самым распространенным
программным комплексом, использующих
ЧМИ являются SCADA-системы
(Supervisory Control And DataAcquisition –
диспетчерское управление и сбор данных).
Во
многих промышленных отраслях технологии
диспетчерского управления и сбора
данных являются весьма эффективны. За
счет быстрого сбора информации, оператор
в считанные секунды получает необходимые
данные, и может принять необходимое
решение, что позволит не только повысить
прибыль фирмы, но и обеспечить безопасность
сотрудников предприятия. Современные
SCADA-системы позволяют решать типовые
задачи, такие как: диспетчерский
мониторинг и сбор данных о протекании
технологического процесса, управление
при наличии четких алгоритмов и полной
формализованной модели объекта
управления. Однако промышленные и
транспортные предприятия представляют
собой весьма сложные социотехнические,
динамические, многопараметрические
комплексы, и средств, предоставляемых
обычными SCADA-системами, уже недостаточно,
поэтому появляется необходимость в
интеллектуальных SCADA-системах.
Главной задачей данных систем является
автоматизация технологических процессов,
за счет автоматизации принятия решений
на основании полученных данных. В данном
реферате будет проанализирован принцип
разработки SCADA-систем,
и приведены примеры функционирующих
систем данного класса.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
Сравнение SCADA-систем для разработки АСУТП
Выполнил: Куанов Михаил Павлович
студент группы АиУ-42
Руководитель проекта: преподаватель
спец.дисциплин Сарсен Раушан Нахувкызы
г. Актау 2013 г
Содержание
Реферат ……………………………………………………………………2
Введение……………………………………………………………………5
1.SCADA-системы: общие понятия и структура………………………7
- Сравнение стоимости реализации дополнительных опций тестовой АСУ ТП в SCADA-системах………………………………….19
- О TRACE MODE……………………………………………19
- Архитектура TRACE MODE……………………………….20
- Основные понятия SCADA-систем TRACE MODE………23
- SCADA-система InTouch ……………………………………25
- SCADA-система GENESIS32 V9………………………..…30
- Citect SCADA………………………………………………..39
- iFix V4.0………………………………………………….41
- MasterSCADA ………………………………………………54
- Сравнение всех версии…………………………………….58
Заключение………………………………………………………………..62
Список использованной литературы…………………………………….63
РЕФЕРАТ
Научный проект проект состоит из 25 рисунков, 1таблицы, 2 диаграммы. Объем проекта 63 страниц.
Цель работы: Продемонстрировать затраты интегратора на ПО для реализации проекта АСУ ТП от начала разработки до сдачи в эксплуатацию.
Что необходимо сделать для достижения цели:
- Сформулировать и обосновать параметры сравнения SCADA-систем (проект АСУ ТП для сравнения и его функциональность).
- Сравнить стоимость ПО для тестового проекта АСУ ТП выполненного в различных SCADA-системах.
- Проанализировать функциональные возможности SCADA-систем с детализацией расходов на реализацию опций.
- Выявление скрытых расходов при реализации тестового проекта АСУ ТП.
Обоснование проблемы выбора SCADA-системы для разработки АСУ ТП
- Большое количество программных продуктов класса SCADA/HMI-систем и отсутствие их классификации.
- Не всегда очевидная номенклатура продукции.
- Сокрытие фирмами разрабатывающими SCADA-системы своих прейскурантов.
Введение
Диспетчерское управление и сбор данных (SCADA Supervisory Control And Data Acquisition) является основным и в настоящее время остается наиболее перспективным методом автоматизированного управления сложными динамическими системами (процессами) в жизненно важных и критичных с точки зрения безопасности и надежности областях. Именно на принципах диспетчерского управления строятся крупные автоматизированные системы в промышленности и энергетике, на транспорте, в космической и военной областях, в различных государственных структурах.
За последние 10 15 лет за рубежом резко возрос интерес к проблемам построения высокоэффективных и высоконадежных систем диспетчерского управления и сбора данных. С одной стороны, это связано со значительным прогрессом в области вычислительной техники, программного обеспечения и телекоммуникаций, что увеличивает возможности и расширяет сферу применения автоматизированных систем. С другой стороны, развитие информационных технологий, повышение степени автоматизации и перераспределение функций между человеком и аппаратурой обострило проблему взаимодействия человека-оператора с системой управления. Расследование и анализ большинства аварий и происшествий в авиации, наземном и водном транспорте, промышленности и энергетике, часть из которых привела к катастрофическим последствиям, показали, что, если в 60-х годах ошибка человека являлась первоначальной причиной лишь 20% инцидентов (80%, соответственно, за технологическими неисправностями и отказами), то в 90-х годах доля человеческого фактора возросла до 80%, причем, в связи с постоянным совершенствованием технологий и повышением надежности электронного оборудования и машин, доля эта может еще возрасти [1], [2], [3], (рис.1).
Рис.1. Тенденции причин аварий в сложных автоматизированных системах
Основной причиной таких тенденций является старый традиционный подход к построению сложных автоматизированных систем управления, который применяется часто и в настоящее время: ориентация в первую очередь на применение новейших технических (технологических) достижений, стремление повысить степень автоматизации и функциональные возможности системы и, в то же время, недооценка необходимости построения эффективного человеко-машинного интерфейса (HMI Human-Machine Interface), т.е. интерфейса, ориентированного на пользователя (оператора). Не случайно именно на последние 15 лет, т.е. период появления мощных, компактных и недорогих вычислительных средств, пришелся пик исследований в США по проблемам человеческого фактора в системах управления, в том числе по оптимизации архитектуры и HMI-интерфейса систем диспетчерского управления и сбора данных.
Изучение материалов по проблемам построения эффективных и надежных систем диспетчерского управления показало необходимость применения нового подхода при разработке таких систем: human-centered design (или top-down, сверху-вниз), т.е. ориентация в первую очередь на человека-оператора (диспетчера) и его задачи, вместо традиционного и повсеместно применявшегося hardware-centered (или bottom-up, снизу-вверх), в котором при построении системы основное внимание уделялось выбору и разработке технических средств (оборудования и программного обеспечения). Применение нового подхода в реальных космических и авиационных разработках и сравнительные испытания систем в Национальном управлении по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA), США, подтвердили его эффективность, позволив увеличить производительность операторов, на порядок уменьшить процедурные ошибки и свести к нулю критические (некорректируемые) ошибки операторов [4],[5].
1.SCADA-системы: общие понятия и структура
1.1. Определение и общая структура SCADA
SCADA процесс сбора информации реального времени с удаленных точек (объектов) для обработки, анализа и возможного управления удаленными объектами. Требование обработки реального времени обусловлено необходимостью доставки (выдачи) всех необходимых событий (сообщений) и данных на центральный интерфейс оператора (диспетчера). В то же время понятие реального времени отличается для различных SCADA-систем.
Прообразом современных систем SCADA на ранних стадиях развития автоматизированных систем управления являлись системы телеметрии и сигнализации.
Все современные SCADA-системы включают три основных структурных компонента (см. рис. 2):
Remote Terminal Unit (RTU) удаленный терминал, осуществляющий обработку задачи (управление) в режиме реального времени. Спектр его воплощений широк от примитивных датчиков, осуществляющих съем информации с объекта, до специализированных многопроцессорных отказоустойчивых вычислительных комплексов, осуществляющих обработку информации и управление в режиме жесткого реального времени. Конкретная его реализация определяется конкретным применением. Использование устройств низкоуровневой обработки информации позволяет снизить требования к пропускной способности каналов связи с центральным диспетчерским пунктом.
Рис. 2. Основные структурные компоненты SCADA-системы
Master Terminal Unit (MTU), Master Station (MS) диспетчерский пункт управления (главный терминал); осуществляет обработку данных и управление высокого уровня, как правило, в режиме мягкого (квази-) реального времени; одна из основных функций обеспечение интерфейса между человеком-оператором и системой (HMI, MMI). В зависимости от конкретной системы MTU может быть реализован в самом разнообразном виде от одиночного компьютера с дополнительными устройствами подключения к каналам связи до больших вычислительных систем (мэйнфреймов) и/или объединенных в локальную сеть рабочих станций и серверов. Как правило, и при построении MTU используются различные методы повышения надежности и безопасности работы системы.
Communication System (CS) коммуникационная система (каналы связи), необходима для передачи данных с удаленных точек (объектов, терминалов) на центральный интерфейс оператора-диспетчера и передачи сигналов управления на RTU (или удаленный объект в зависимости от конкретного исполнения системы).
- Функциональная структура SCADA
Существует два типа управления удаленными объектами в SCADA: автоматическое и инициируемое оператором системы.
Шеридан (Sheridan) [10],[19], (рис.3) выделил четыре основных функциональных компонента систем диспетчерского управления и сбора данных человек-оператор, компьютер взаимодействия с человеком, компьютер взаимодействия с задачей (объектом), задача (объект управления), а также определил пять функций человека-оператора в системе диспетчерского управления и охарактеризовал их как набор вложенных циклов, в которых оператор
Рис. 3. Основные структурные компоненты SCADA-систем
планирует, какие следующие действия необходимо выполнить;
обучает (программирует) компьютерную систему на последующие действия;
отслеживает результаты (полу)автоматической работы системы;
вмешивается в процесс в случае критических событий, когда автоматика не может справиться, либо при необходимости подстройки (регулировки) параметров процесса;
обучается в процессе работы (получает опыт).
Данное представление SCADA явилось основой для разработки современных методологий построения эффективных диспетчерских систем (см. раздел 4).
Особенности SCADA как процесса управления
Особенности процесса управления в современных диспетчерских системах:
процесс SCADA применяется системах, в которых обязательно наличие человека (оператора, диспетчера);
процесс SCADA был разработан для систем, в которых любое неправильное воздействие может привести к отказу (потере) объекта управления или даже катастрофическим последствиям;
оператор несет, как правило, общую ответственность за управление системой, которая, при нормальных условиях, только изредка требует подстройки параметров для достижения оптимальной производительности;
активное участие оператора в процессе управления происходит нечасто и в непредсказуемые моменты времени, обычно в случае наступления критических событий (отказы, нештатные ситуации и пр.);
действия оператора в критических ситуациях могут быть жестко ограничены по времени (несколькими минутами или даже секундами).
Основные требования к диспетчерским системам управления
К SCADA-системам предъявляются следующие основные требования:
надежность системы (технологическая и функциональная);
безопасность управления;
точность обработки и представления данных;
простота расширения системы.
Требования безопасности и надежности управления в SCADA включают следующие:
никакой единичный отказ оборудования не должен вызвать выдачу ложного выходного воздействия (команды) на объект управления;
никакая единичная ошибка оператора не должна вызвать выдачу ложного выходного воздействия (команды) на объект управления;
все операции по управлению должны быть интуитивно-понятными и удобными для оператора (диспетчера).
Области применения SCADA-систем
Основными областями применения систем диспетчерского управления (по данным зарубежных источников), являются:
управление передачей и распределением электроэнергии;
промышленное производство;
производство электроэнергии;
водозабор, водоочистка и водораспределение;
добыча, транспортировка и распределение нефти и газа;
управление космическими объектами;
управление на транспорте (все виды транспорта: авиа, метро, железнодорожный, автомобильный, водный);
телекоммуникации;
военная область.
В настоящее время в развитых зарубежных странах наблюдается настоящий подъем по внедрению новых и модернизации существующих автоматизированных систем управления в различных отраслях экономики; в подавляющем большинстве случаев эти системы строятся по принципу диспетчерского управления и сбора данных. Характерно, что в индустриальной сфере (в обрабатывающей и добывающей промышленности, энергетике и др.) наиболее часто упоминаются именно модернизация существующих производств SCADA-системами нового поколения. Эффект от внедрения новой системы управления исчисляется, в зависимости от типа предприятия, от сотен тысяч до миллионов долларов в год; например, для одной средней тепловой станции он составляет, по подсчетам специалистов, от 200000 до 400000 долларов. Большое внимание уделяется модернизации производств, представляющих собой экологическую опасность для окружающей среды (химические и ядерные предприятия), а также играющих ключевую роль в жизнеобеспечении населенных пунктов (водопровод, канализация и пр.). С начала 90-х годов в США начались интенсивные исследования и разработки в области создания автоматизированных систем управления наземным (автомобильным) транспортом ATMS (Advanced Traffic Management System).
- Характеристики SCADA-систем
- Функциональные возможности
В силу тех требований, которые предъявляются к системам SCADA, спектр их функциональных возможностей определен и реализован практически во всех пакетах. Перечислим основные возможности и средства, присущие всем системам и различающиеся только техническими особенностями реализации:
автоматизированная разработка, дающая возможность создания программного обеспечения (ПО) системы автоматизации без реального программирования;
средства сбора первичной информации от устройств нижнего уровня;
средства управления и регистрации сигналов об аварийных ситуациях;
средства хранения информации с возможностью ее пост-обработки (как правило, реализуется через интерфейсы к наиболее популярным базам данных);
средства обработки первичной информации;
средства визуализации представления информации в виде графиков, гистограмм и т.п.;
возможность работы прикладной системы с наборами параметров, рассматриваемых как единое целое ( recipe , или установки ).
Основу большинства SCADA-пакетов составляют несколько программных компонентов (база данных реального времени, ввода-вывода, предыстории, аварийных ситуаций) и администраторов (доступа, управления, сообщений).
Следует отметить, что технология проектирования систем автоматизации на основе различных SCADA-систем во многом схожа и включает следующие этапы. Разработка архитектуры системы автоматизации в целом. На этом этапе определяется функциональное назначение каждого узла системы автоматизации. Решение вопросов, связанных с возможной поддержкой распределенной архитектуры, необходимостью введения узлов с горячим резервированием и т.п. Создание прикладной системы управления для каждого узла. На этом этапе специалист в области автоматизируемых процессов наполняет узлы архитектуры алгоритмами, совокупность которых позволяет решать задачи автоматизации. Приведение параметров прикладной системы в соответствие с информацией, которой обмениваются устройства нижнего уровня (например, программируемые логические контроллеры ПЛ=+=) с внешним миром (датчики температуры, давления и др.). Отладка созданной прикладной программы в режиме эмуляции (в некоторых системах, например IGSS, режим отладки практически отсутствует) и в реальном режиме.
Перечисленные выше возможности систем SCADA в значительной мере определяют стоимость и сроки создания ПО, а также сроки ее окупаемости.
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке “Файлы работы” в формате PDF
Введение
В настоящее время промышленные предприятия развиваются с невероятной скорость, улучшаются технологии производства, вводятся инновации, повышается производительность предприятия и уменьшаются затраченные усилия. Во многом с этим помогают справляться автоматизированные системы управления и диспетчеризации (АСУД), включая SCADA-системы.
Промышленные предприятия стараются непрерывно выпускать качественную продукцию. Это требует непрерывного контроля множества параметров и показателей КИП. Для оперативной работы с этой информацией требуется налаженное взаимодействие сотрудников с системой сбора и обработки данных технологического мониторинга. На помощь работникам приходят автоматизированные системы управления и диспетчеризация (АСУД) технического состояния оборудования, которые справляются с поставленными задачами и помогают поддерживать предприятие.
Сейчас наиболее развитой системой диспетчеризации являются SCADA-системы.
SCADA-система — программно-аппаратный комплекс сбора данных и диспетчерского контроля. Смысл, вкладываемый в термин SCAD, изменялся вместе с развитием технологий автоматизации и управления технологическими процессами. В 80-е годы под SCADA-системами чаще понимали программно-аппаратные комплексы сбора данных реального времени. С 90-х годов термин SCADA больше используется для обозначения только программной части интерфейса АСУ ТП (автоматической системы управления технологическими процессами).
Все современные SCADA, как отечественные, так и зарубежные, имеют полный функционал для этого класса программ, поэтому их сравнение по перечню функций в последние годы потеряло смысл. Основное преимущество российских SCADA — это их изначальная нацеленность на российский рынок (русскоязычная, а не переводная документация, техническая поддержка, уровень цен). Можно сделать вывод, что для каждого предприятия или даже применения желательно сделать сравнение нескольких SCADA, как по цене, так и по возможностям. Практически все SCADA имеют пробную версию, которая позволяет проверить ее пригодность для решаемой задачи.
Цель данного реферата заключается в анализе АСУД, в том числе выгодности использования современных SCADA-систем, которые непосредственно помогут в улучшении производства.
1. Предназначение АСУД
АСУД предназначена для диспетчеризации, централизованного контроля основных показателей и управления техническим оборудованием систем.
Комплекс средств автоматизации и диспетчеризации должен обеспечивать:
Своевременное получение информации с оборудования инженерных систем;
Повышение надежности, безопасности и качества функционирования оборудования инженерных систем;
Автоматизация диагностики и контроля за периодичностью технического обслуживания оборудования инженерных систем;
Снижение затрат на техническое обслуживание оборудования;
Дистанционное управление/контроль работы оборудования инженерных систем;
Обеспечение оперативного взаимодействия эксплуатационных служб, планирование профилактических и ремонтных работ инженерных систем;
Документирование и регистрация технологических процессов инженерных систем и действий сервисных диспетчеров;
Организация автоматизированного коммерческого и технического учета энергоресурсов;
Ведение автоматизированного учета эксплуатационных ресурсов инженерного оборудования и своевременности его технического обслуживания;
Разграничение полномочий и ответственности служб при принятии решений.
2. Структура системы
В основу АСУЗ Комплекса положен принцип оснащения объекта локальными контроллерами в составе щитов автоматики и управления, объединенными в единую информационную сеть. Для предотвращения ситуации, когда обрыв (повреждение и т.п.) магистральных или иных кабельных трасс, может привести к потери связи с группой инженерных систем или со зданиями в целом, предусмотрено 100% резервирование и кольцевая схема.
Для диспетчерского контроля и управления Комплексом предусмотрена – Диспетчерская ИС, Диспетчерская ИС предназначена для диспетчерского контроля и управления инженерными системами здания. В головной его части предусматривается центральное устройство отображения информации (видеостена), состоящая из шести видеокубов с минимальной толщиной кромок, расположенных в два ряда. На видеостену выводиться часть оперативной информации с АРМов диспетчеров.[1]
В центральной части диспетчерской должны располагаться рабочие места:
Три АРМа диспетчеров инженерных систем;
АРМ диспетчера лифтов;
АРМ начальника смены;
АРМ резервный.
3. Объем автоматизации и диспетчеризации.
АСУД имеют достаточно широкую область применения, и в современном мире, где все стремится к автоматизации эта область будет только расширятся.
Вот некоторый перечень систем подлежащих автоматизации и диспетчеризации:
общая вентиляция здания;
контроль обогрева здания;
кондиционирование;
получение информации о потреблении тепло- и электроэнергии;
контроль водоснабжения;
4. Системы диспетчеризации технического оборудования
Система диспетчеризации предназначена для удалённого отображения сбора и хранения данных о работе технологического оборудования здания или производственного процесса, она передает информацию о параметрах протекающих процессов, режимах работы инженерных систем, нештатных ситуациях. Интерфейс системы диспетчеризации позволяет оператору удаленно задавать режимы работы системы в целом или отдельного оборудования.
Требование наличия систем диспетчеризации в современных зданиях определено СП 31-110-2003 «Проектирование и монтаж электроустановок жилых и общественных зданий». ВСН 60-89 «Устройства связи, сигнализации и диспетчеризации инженерного оборудования жилых и общественных зданий. Нормы проектирования» – регламентирует проектирование систем диспетчеризации.
Иногда возникает путаница, когда систему диспетчеризации здания определяют как систему управления зданием BMS. Это связано с тем, что в диспетчеризации применятся контроллеры и программное обеспечение SCADA систем BMS. Однако, система диспетчеризации является интерфейсной частью системы интеллектуального здания, она всего лишь выводит информацию на пульт и позволяет оператору вручную управлять частью процессов, пусть и удаленно. Алгоритмы оптимального и экономичного взаимодействия между подсистемами здания должны быть разработаны проектом автоматизации и запрограммированы в контроллерах управления, только тогда оператор освобождается от принятия большинства рутинных решений.[2]
Обычно, в функции системы диспетчеризации входит:
Сбор данных с устройств и визуальное отображение процессов, происходящих с инженерным оборудованием здания (для современных систем, используя SCADA);
Своевременное выявление нештатных ситуаций, предотвращение аварий;
Формирование и отправка тревожных сообщений ответственным лицам;
Дистанционное управление приборами инженерных систем;
Сбор и хранение показаний приборов в автоматическом или ручном режиме;
Представление данных в графическом и табличном виде;
Ведение отчётности об энергопотребление, формирование в автоматическом режиме и по запросу оператора отчетов;
При необходимости, передача данных на удаленный пульт более высокого приоритета.
Рис. 1. Какие данные передаются в системы диспетчеризации
На пульт диспетчера выводится информационный поток от следующих систем:
Приточной и вытяжной вентиляции;
Кондиционирования воздуха и холодоснабжения;
Отопления;
Теплоснабжения (ИТП или котельного оборудования);
Водоснабжения, водоподготовки, канализации;
Лифтового и эскалаторного оборудования;
Электроснабжения и электроосвещения;
Пожарной сигнализации и систем безопасности здания;
Систем управления звуком;
Противопожарной автоматики (противодымной вентиляции и пожаротушения);
Других систем, связанных с производством или управления процессом.
Могут выводиться параметры температуры наружного воздуха, охлаждённой воды в/от системы вентиляции, охлажденного этиленгликоля, подогретой воды отопления; значения давления охлажденной воды или этиленгликоля систем вентиляции и кондиционирования; положения регулирующих клапанов; мощности на двигателях циркуляционных насосов или вентиляторов; ; данные о засорении фильтров; сигнализация об угрозе замораживания калориферов информации о состоянии лифтов, подкрепленные видеоданными; состояния автоматических выключателей в электрощитах и т.п.
Управление оборудованием в диспетчеризации ограничивается возможностью включения определенных режимов работы, например, режим запуска системы зимой или летом, режим максимальной производительности, аварийное отключение установки, ручное переключение с основного на резервный насос и т.д. В теории, диспетчер имеет возможность управления каждым из устройств, имеющих привод, однако на практике, один человек физиологически не сможет вручную управлять большой инженерной системой.
5. Возможности современных систем диспетчеризации
Современные системы диспетчеризации все чаще реализовываются на контроллерах и программном обеспечении систем BMS. Это обуславливает большое количество программных возможностей по настройке их функций. В общем случае, системы диспетчеризации должны обеспечивать:
Актуальную и полную картину состояния всех инженерных систем в любой момент времени;
Удобный и понятный графический интерфейс;
Быструю реакцию на аварийные ситуации;
Возможность выдачи аварийных сообщений на экран монитора, принтер, удаленный компьютер, мобильный телефон;
Регистрацию всех системных событий, что во многих случаях даёт возможность установить причину аварийной ситуации, ее виновника, а также предотвратить ее появление в дальнейшем;
Подключение к системе удаленно, через интернет-браузер;
Быструю и адекватную реакцию на изменение условий внешней среды;
Автоматический подсчет моточасов, наработки оборудования на отказ и предупреждение о необходимости проведения тех обслуживания и профилактики;
Широкие возможности по управлению системами, что позволяет сократить штат обслуживающего персонала;
Возможность сбора статистической информации, формирования выборок, графиков сравнения прогнозирования расходов.
6. Разработка и проектирование систем диспетчеризации
Проект системы диспетчеризации выполняется разделом комплекта чертежей системы автоматизации и диспетчеризации здания. Сигналы, выводимые на пульт диспетчера, определяются разработчиками технологии систем здания.
Норматив проектирования: ВСН 60-89 «Устройства связи, сигнализации и диспетчеризации инженерного оборудования жилых и общественных зданий. Нормы проектирования»
Проект системы диспетчеризации обычно сдержит следующие листы:
Общие данные;
Структурную схему системы диспетчеризации;
Функциональные схемы диспетчеризации;
Принципиальные электрические схемы щитов диспетчеризации;
Принципиальные схемы интерфейсных линий связи контроллеров;
Схемы внешний соединений или таблицы соединений;
Монтажные схемы оборудования (при необходимости);
Кабельные журналы;
Планы расположения оборудования и проводок;
Спецификации оборудования, изделий и материалов.
Рис. 2.Струтктурная схема в проекте диспетчеризации
Рис. 3.Схема соединения в проекте деспетчиризации
7. SCADA
SCADA-система — это инструментальная программа, обеспечивающая создание программного обеспечения для автоматизации контроля и управления технологическим процессом в режиме реального времени. Основная цель создаваемой с помощью SCADA программы — дать оператору, управляющему технологическим процессом, полную информацию об этом процессе и необходимые средства для воздействия на него.
8. Основные задачи SCADA-системы
Стоит помнить, что от быстродействия, надежности и эргономичности SCADA-системы зависит не только эффективность управления технологическим процессом, но и его безопасность.
Таким образов на SCADA-системы полагается множество функций и задач:
Сбор данных от датчиков и представление их оператору в удобном для него виде, включая графики изменения параметров во времени;
Дистанционное управление исполнительными механизмами;
Ввод заданий алгоритмам автоматического управления;
Реализация алгоритмов автоматического контроля и управления (чаще эти задачи возлагаются на контроллеры, но SCADA-системы тоже способны их решать);
Распознавание аварийных ситуаций и информирование оператора о состоянии процесса;
Формирование отчетности о ходе процесса и выработке продукции.
От надежности, быстродействия и эргономичности SCADA-системы зависит не только эффективность управления технологическим процессом, но и его безопасность.
9. Какие компоненты SCADA наиболее важны в работе и почему?
Специалисты отдела АСУТП промышленного предприятия по изготовлению соды утверждают, что в основном используют такие компоненты, как мониторинг и управление, архивирование технологических параметров, сообщений, подсистему формирования отчетов.
Мониторинг и управление, собственно, то, для чего и устанавливается система управления. Архивы параметров, сообщений и отчеты необходимы для оценки и анализа ведения технологического процесса, действий оператора и т.д. Также для них важен один из базовых инструментов SCADA — разграничение прав доступа к управлению по уровням (оператор, технолог, инженер АСУТП).
В связи с тенденцией к интеграции систем управления технологическими процессами и систем управления предприятием все чаще возникает необходимость использования SCADA в качестве источника данных для вышестоящих систем. Некоторые SCADA могут выступать и как сервер консолидации всех технологических данных, и как сервер генерации отчетов на базе этих данных.
Если система управления, построена на базе ПЛК одного производителя (к примеру, Siemens SIMATIC), то обмен данными между контроллерами и SCADA происходит с помощью встроенных драйверов протоколов связи. Некоторые независимые от производителей оборудования SCADA предлагают набор драйверов ко многим (но не всем) имеющимся на рынке контроллерам и интеллектуальными приборам. Наиболее универсальный способ взаимодействия — это использование драйверов, разработанных в соответствии со стандартом OPC. Такие OPC-серверы могут быть разработаны производителями контроллеров или независимыми разработчиками, а использоваться вместе с любой SCADA- системой. Для эффективной работы с OPC- серверами SCADA должна использовать их напрямую, по технологии «OPC в ядре системы», а не через промежуточные интерфейсы. Некоторые SCADA являются вертикально-интегрированными: в их состав входят системы программирования для свободно-программируемых контроллеров. В них также используются внутренние драйверы для связи с контроллером. Такие SCADA позволяют создать ПТК с использованием оборудования разных производителей.[3]
10. Уровни систем с использованием SCADA
Рис. 4. Уровни систем с использованием SCADA
Системы технологической автоматизации обычно разделены на 3 уровня: нижний, средний и верхний. Выше них находится уровень управления производством в целом.
Нижний уровень — это сами датчики и исполнительные механизмы
Средний уровень — контроллеры. На среднем уровне происходит:
– прием входных данных;
– первичная обработка данных;
– автоматическое формирование и выдача управляющих воздействий на исполнительные механизмы;
– обмен информацией с верхним уровнем.
Верхний уровень — это и есть уровень SCADA. На этом уровне происходит:
– сбор, обработка и хранение информации, полученной на среднем уровне;
– визуализация текущей и архивной информации в удобном оператору виде (мнемосхемы, графики, тренды, журналы сообщений);
– ввод команд оператора;
– формирование отчетности о результатах технологического процесса;
– обмен информацией с верхним уровнем.
11. Управление предприятием
Управление предприятием производится на двух уровнях:
MES (Manufacturing Execution Systems) — система управления производством продукции в реальном времени. Этот уровень служит для планирования производственных заданий для технологических процессов, построения сводных отчетов, глубокого анализа процесса (например, прогнозирование, построение энергетического и материально¬го баланса и др.). Для этих целей также может быть использован инструментарий SCADA.
ERP (Enterprise Resource Planning) — система автоматизированного управления административно-финансовой и административно-хозяйственной деятельностью предприятия. На этом уровне используются другие специализированные системы, например, SAP R3.
12. Функции SCADA
Мнемосхемы
Мнемосхема — это графическое изображение (с помощью встроенного в SCADA графического редактора) технологической схемы с визуализацией значений датчиков, состояния исполнительных механизмов и др. параметров. Для визуализации используется не только отображение значений в виде цифр и надписей, но и изменение визуальных свойств отображаемых графических объектов. Например, в емкости изменяется уровень жидкости, а ее цвет изменяется в зависимости от температуры (динамизация). Исполнительные механизмы могут не просто показывать свое состояние каким-то графическим признаком (например, цветом), но и наглядно показывать свою работу — например, вращением лопастей насоса, движением ленты конвейера и т.п. (анимация).
Архивы
Получаемые от контроллеров данные SCADA складывает в архивы. Предварительно данные могут быть обработаны (отфильтрованы, усреднены, сжаты и т.п.). Часто используется не регулярная запись, а запись по изменению с использованием порога чувствительности («мертвой зоны»). Длительность хранения настраивается в SCADA индивидуально для каждого параметра и может составлять до нескольких лет.
Тренды
Тренд — это графическое отображение изменения параметра во времени. Тренды в SCADA- системах могут показывать изменение параметра за всю длительность его хранения в архиве. Оператору предоставляется возможность изменять масштаб, как времени, так и самого параметра. В развитых системах в тренд встроены различные инструменты анализа графика, сравнения его с уставкой или другим параметром, сглаживание или фильтрация, отметки на графике событий (например, нарушение границ) или закладок для памяти и многое другое.
Таблицы
Зачастую технологу удобнее просматривать архивы не в графическом виде, а в виде таблиц. Обычно эти таблицы можно не только просматривать, но и экспортировать в другие системы.
График
Обычно SCADA позволяют смотреть и зависимость одних параметров от других, тоже во времени. Хотя это функция и менее востребована технологами, чем тренды.
Гистограммы и диаграммы
Другим распространенным способом представления параметров являются гистрограммы (столбиковые диаграммы).
Сообщения
Сообщения — это текстовые строки, которые информируют оператора о событиях на объекте в той последовательности, в которой эти события происходят. Они всплывают на экране или отображаются в специально выделенной для этого зоне.
Журналы сообщений
Журналы сообщений служат для отображения списков сообщений в том порядке, как они появлялись и были сохранены в архив. Как правило, используются разные экземпляры журналов для разных зон процесса, разных категорий сообщений, разных приоритетов.
Контроль прав доступа
Для того, чтобы оператор мог совершить те или иные действия, ему должны быть администратором предоставлены соответствующие права — например, право управлять исполнительным механизмом, или право изменить задание регулятору. В начале смены оператор регистрируется в системе, и она предоставляет ему выполнять только те действия, которые ему разрешены администратором.
Журнал действий оператора
Управление технологическим процессом очень ответственная задача, поэтому все действия оператора записываются для контроля в специальный журнал, который может быть проанализирован в случае нештатных ситуаций.
Формирование отчета
Удобная среда разработки отчетов позволяет легко и быстро подготовить отформатированные и насыщенные информацией отчеты. [3]
13. Характеристики SCADA-системы
SCADA-системы характеризуются следующими параметрами:
Совместимость с операционными системами;
Полнофункциональность;
Открытость;
Масштабируемость;
Поддержка промышленных протоколов (собственная драйверная подсистема);
Совместимость со стандартом OPC (DA, HDA, UA);
Поддержка доступа через Internet;
Поддержка баз данных;
Встроенные языки программирования;
Средства защиты и надежность;
Интеграция в системы управления;
Техническая поддержка;
Простота разработки и развития;
Простота обслуживания;
Стоимость.
ЗАРУБЕЖНЫЕ SCADA-СИСТЕМЫ
Наиболее популярные в России следующие зарубежные SCADA:
— WinCC (Siemens, Германия);
— InTouch (Wonderware, США);
— RSView32 (Rockwell Automation, США);
— Genesis64 (Iconics, США);
— Vijeo Citect (Schneider Electric, Франция).
ОТЕЧЕСТВЕННЫЕ SCADA-СИСТЕМЫ
Наиболее популярные отечественные модели SCADA:
«Trace Mode» (AdAstra),
«Master SCADA» (НПФ «ИнСАТ»),
«Круг-2000» (НПФ «Круг»),
«САРГОН» («НВТ-Автоматика»).
В отличие от большинства западных SCADA все российские содержат встроенные средства программирования контроллеров с использованием языков стандарта МЭК61131-3, в том числе языка функциональных блоков. Причем, если сама SCADA рассчитана на работу в среде Windows на PC-совместимых компьютерах, то исполнительная система для контроллеров может работать и на Logix других платформах, например, Linux на процессоре с архитектурой ARM.
Стандарт OPC поддерживают все перечисленные системы, однако в системе «Trace Mode» упор делается на использование собственных драйверов, а MasterSCADA, хоть и поддерживает использование драйверов, но основывается на технологии «OPC в ядре системы» и предлагает отдельный инструментальный пакет для разработки OPC-серверов.
Заключение
В реферате рассмотрены автоматизированные системы управление диспетчеризации, особенное внимание уделили выгодности современных SCADA-систем. В данной работе мы показали, что автоматизированные системы управления и диспетчеризации (АСУД) и SCADA-системы являются передовыми и самыми эффективными способами повышения работоспособности предприятия и прибыли, уменьшения затрат и сил на обслуживание технических устройств.
Они позволяют эффективно и своевременно реагировать на любые неполадки, позволяют грамотно выстраивать график работы оборудования. Поэтому их необходимо и дальше развивать и встраивать в предприятия, а также обучать специалистов, способных работать с ними.
Список литературы
1. Автоматизированная система управления и диспетчеризации (АСУД) [Электронный ресурс] URL:https://www.f–controls.ru/index.php/ru/avtomatika/597-avtomatizirovannaya–sistema–upravleniya–i–dispetcherizatsii–asud (дата обращения: 9.12.2021)
2.Статья “системы диспетчеризации инженерного оборудования” [Электронный ресурс] URL:http://rina.pro/napravleniya–deyatelnosti/sistemy–avtomatizacii/dispetcherizaciya–zdanij (дата обращения: 9.12.2021)
3. НТЦ Энерго-ресурс, статья:” Автоматизированные системы диспетчерского и технологического управления. Всё о SCADA-системах” [Электронный ресурс] URL:https://en-res.ru/stati/scada.html (дата обращения: 9.12.2021)
4. SCADA. Назначения SCADA-систем [Электронный ресурс] URL:https://www.tadviser.ru/index.php/Статья:SCADA_назначение_систем (дата обращения:9.12.2021)
5. Система автоматического управления и диспетчеризации здания [Электронный ресурс] URL:http://asupro.com/building/documents/requirements-hardware-software.html
(дата обращения: 9.12.2021)
Реферат Технология SCADA
скачать (597.9 kb.)
Доступные файлы (1):
- Смотрите также:
- Куличенко Т.А., Морозов А.С. Проектирование SCADA-системы на базе пакета GENIE и контроллеров ADAM-4000 (Документ)
- Пьявченко Т.А. Проектирование АСУТП в SCADA-системе (Документ)
- Определение и общая структура scada системы (Документ)
- Scada-система характеристика scada-системы (Документ)
- Сокращенный курс изучения Citect SCADA (Документ)
- Андреев Е.Б. Проектирование систем управления в SCADA – пакете InTouch7.0. Компьютерный практикум (Документ)
- Андреев Е.Б., Куцевич Н.А., Синенко О.В. SCADA-системы (Документ)
- Пачкин С.Г. Интегрированные системы проектирования и управления (Документ)
- Лопатин А.Г., Киреев П.А. Методика разработки систем управления на базе SCADA системы Trace Mode (Документ)
- Реферат-Технология создания новостей (Реферат)
- Реферат – Технология производства крупы (Реферат)
- Поливинилхлорид как конструкционный материал (Документ)
n1.docx
АННОТАЦИЯ
Цель реферата – отразить основные особенности технологии SCADA и ее роль в современном мире, описать насколько важны сетевые технологии в системах под управление SCADA и как они применяются.
Задачи реферата – изучить, что такое SCADA технология и почему он нашла применения в различных системах управления. Показать наиболее успешные примеры использования технологии. Проанализировать ее основные возможности и характеристики. Проследить связь сетевых технологий сто SCADA системами.
Рассмотрен процесс перехода на SCADA системы, также проиллюстрировано применения таких систем на примерах крупных российских предприятиях. Отражены основные характеристики технологии и то, как сетевые технологии помогают при построение SCADA систем. Сделано заключение о важности организации доступа к данным с помощью сетей предприятия.
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 3
ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 4
1.АСУ ТП И ДИСПЕТЧЕРСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ 5
2.АСУ ТП НА ПРЕДПРИЯТИЯХ 11
2.1 АСУ ТП в ОАО «Газпром» 11
2.2 АСУ ТП на “ТЭЦ” 12
2.3 АСУ ТП на ОАО «РЖД» 12
3. ХАРАКТЕРИСТИКИ SCADA 15
3.1 Технические характеристики 15
3.2 Эксплуатационные характеристики 17
3.3 Открытость систем 17
3.4 Стоимостные характеристики 18
4.ОБМЕН ДАННЫМИ В SCADA-СИСТЕМАХ 19
4.1 Организация взаимодействия с контроллерами 19
4.2 Аппаратная реализация связи с устройствами ввода/вывода 20
5.ДОСТУП К ДАННЫМ 20
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 21
БИБЛИОГРАФЧЕСКИЙ СПИСОК 22
ВВЕДЕНИЕ
Современная автоматизация – это и персональные компьютеры, и контроллеры, и промышленные сети, и, конечно же, программное обеспечение. Программное обеспечение SCADA занимает в этом ряду особое место. Не будет преувеличением сказать, что в последнее десятилетие к этому программному продукту было приковано, пожалуй, самое пристальное внимание специалистов в области автоматизации. И тем более странно, что мало кто из них рискнул высказать свое мнение по этому вопросу (за исключением нескольких десятков статей в специализированных журналах). А ведь обобщенная информация о SCADA-системах очень нужна и специалистам на местах, и новому поколению, делающему первые шаги в мире автоматизации.
На сегодняшний день АСУТП (автоматизированная система управления технологическим процессом) представляет собой многоуровневую человеко-машинную систему управления. Создание АСУ сложными технологическими процессами осуществляется с использованием автоматических информационных систем сбора данных и вычислительных комплексов, которые постоянно совершенствуются, по мере эволюции технических средств и программного обеспечения. [http://habrahabr.ru/blogs/infosecurity/105375/]
ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
АРМ – автоматизированные рабочие места;
АСУ – автоматизированная система управления;
АСУТП – автоматизированная система управления технологическим процессом;
АЭС – атомная электростанция;
ГИС – геоинформационные системы;
ГПЗ – газоперерабатывающий завод;
ГСМ – горюче-смазочные материалы;
ГЭС –гидро-электро станция;
КИПиА – контрольно-измерительные приборы и автоматика;
ОС – операционная система;
ПАЗ – противоаварийная автоматическая защита;
ПК – персональный компьютер;
ПЛК – программируемый логический контроллер;
ПО – программное обеспечение;
САПР – система автоматического проектирования;
РЖД – Российские железные дороги;
РСУ – распределенная система управления;
ТЭС – тепло-электро станция;
ТЭЦ – тепло-электро централь;
DDE – dynamic data exchange;
GUI – graphic users interface;
HMI/MMI – humain/man machine interface;
OLE – OLE for process control
SCADA – supervisory control and data acquisition.
-
АСУ ТП И ДИСПЕТЧЕРСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ
Современные АСУ ТП, применяемые на опасных производствах и предприятиях (химическая, нефтехимическая промышленности, ГЭС, ТЭС, АЭС и т.д.), как правило, состоят из распределенной системы управления (РСУ) и системы противоаварийной автоматической защиты (ПАЗ).
РСУ
представляет собой программно-аппаратный комплекс, состоящий из следующих элементов:
- Контрольно-измерительные приборы и автоматика (КИПиА) – оборудование с помощью которого выполняется непосредственное наблюдение и управление технологическими процессами (Рис.1). Всевозможные клапаны, отсекатели, электрические задвижки, датчики давления, температуры, уровня, газоанализаторы, насосы, вакуум вытяжки и многие другие устройства относятся к КИПиА. По типу сигналы от КИПиА могут быть аналоговые (4-20мА, 0-5В и т.д.) и дискретные.
Рис. 1. Контрольно-измерительные приборы и автоматика [http://habrahabr.ru/blogs/infosecurity/105375/]
- Программируемый логический контроллер (ПЛК) – «сердце» АСУ ТП, состоит из дублированных источников питания, дублированных процессорных модулей и модулей входов-выходов (Рис.2). К модулям входов-выходов подключаются непосредственно датчики и регулирующее оборудование с поля. В процессорные модули загружена логика автоматического регулирования и защитных блокировок.
Рис.2. Программируемый логический контроллер [http://habrahabr.ru/blogs/infosecurity/105375/]
- Человеко-машинный интерфейс (ЧМИ), обычно представляет собой персональный компьютер, с установленной на нем ОС Windows (2000/XP) и специфичным программным обеспечением, с помощью которого осуществляется конфигурирование АСУ ТП. Такие компьютеры обычно разделяют на несколько типов: станция оператора, станция инженера, станция инженера КИПиА. Станция инженера позволяет с помощью специализированного ПО изменять конфигурацию, логику выполнения ПЛК. Станции оператора – рабочее место технологов и начальника смены, которое позволяет выполнять мониторинг и регулирование технологического процесса. Станция инженера КИПиА, обладает более прикладными возможностями, обеспечивает контроль и диагностику полевого оборудования.
Рис.3. Человеко-машинный интерфейс [http://habrahabr.ru/blogs/infosecurity/105375/]
Основная задача ПАЗ
— перевод производства в безопасное состояние, при возникновении каких-либо проблем в работе РСУ (выход технологических процессов за установленные границы, отказ оборудования, нештатные ситуации). Как правило, система ПАЗ получает данные от дублированных датчиков и управляет резервированным оборудованием. У системы ПАЗ нет станций оператора, есть только инженерная станция, с помощью которой выполняется конфигурирование ПЛК системы ПАЗ. Со станций оператора РСУ можно видеть как работает система ПАЗ, но нельзя ей управлять. Конечное оборудование не зависит от оборудования РСУ, к примеру, если на трубопроводе заклинил клапан РСУ, то отработает отсекатель системы ПАЗ.
Особенности АСУ ТП
- При выходе из строя всех станций оператора управления технологическим процессом продолжается, если необходимо, можно добавить условия при которых, отказ всех станций вызывает безопасный останов производства.
- Станции оператора подключены к сети производства, но как правило, не имеют доступа к сети Интернет, не имеют возможности подключать USB-носители, и не имеют дисковода. Так же, часто станция оператора не имеет стандартной компьютерной клавиатуры, а снабжена специализированной клавиатурой, оснащенной только необходимыми функциональными клавишами.
- Станции инженера, как правило выключены, либо находятся в спящем режиме.
Диспетчер в многоуровневой автоматизированной системе управления технологическими процессами получает информацию с монитора ЭВМ или с электронной системы отображения информации и воздействует на объекты, находящиеся от него на значительном расстоянии с помощью телекоммуникационных систем, контроллеров, интеллектуальных исполнительных механизмов.
Основой, необходимым условием эффективной реализации диспетчерского управления, имеющего ярко выраженный динамический характер, становится работа с информацией, т. е. процессы сбора, передачи, обработки, отображения, представления информации.
От диспетчера уже требуется не только профессиональное знание технологического процесса, основ управления им, но и опыт работы в информационных системах, умение принимать решение (в диалоге с ЭВМ) в нештатных и аварийных ситуациях и многое другое. Диспетчер становится главным действующим лицом в управлении технологическим процессом.
Говоря о диспетчерском управлении, нельзя не затронуть проблему технологического риска. Технологические процессы в энергетике, нефтегазовой и ряде других отраслей промышленности являются потенциально опасными и при возникновении аварий приводят к человеческим жертвам, а также к значительному материальному и экологическому ущербу.
Статистика говорит, что за тридцать лет число учтенных аварий удваивается примерно каждые десять лет. В основе любой аварии за исключением стихийных бедствий лежит ошибка человека.
Одна из причин этой тенденции – старый традиционный подход к построению сложных систем управления, т. е. ориентация на применение новейших технических и технологических достижений и недооценка необходимости построения эффективного человеко-машинного интерфейса, ориентированного на человека (диспетчера).
Таким образом, требование повышения надежности систем диспетчерского управления является одной из предпосылок появления нового подхода при разработке таких систем: ориентация на оператора/диспетчера и его задачи. Таким подходом стала SCADA-система, принципиально новое решение в управлении технологическим процессом.
Концепция SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition – диспетчерское управление и сбор данных) предопределена всем ходом развития систем управления и результатами научно-технического прогресса. Применение SCADA-технологий позволяет достичь высокого уровня автоматизации в решение задач разработки систем управления, сбора, обработки, передачи, хранения и отображения информации.
Дружественность человеко-машинного интерфейса (HMI/MMI – Humain/Man Machine Interface) (Рис.4), предоставляемого SCADA-системами, полнота и наглядность представляемой на экране информации, доступность «рычагов» управления, удобство пользования подсказками и справочной системой и т.д. повышают эффективность взаимодействия диспетчера с системой и сводят к минимуму его критические ошибки при управлении.
Концепция SCADA, основу которой составляет автоматизированная разработка и управление в реальном времени, позволяет решить еще ряд задач, долгое время считавшихся неразрешимыми: сокращение сроков разработки проектов по автоматизации и прямых финансовых затрат на их разработку.
В настоящее время SCADA является основным и наиболее перспективным методом автоматизированного управления сложным динамическими системами (процессами).
SCADA-системы не ограничивают выбора аппаратуры нижнего уровня (контроллеров), так как представляют большой набор драйверов или серверов ввода/вывода и имеют хорошо развитые средства создания собственных программных модулей или драйверов новых устройств нижнего уровня.
Управление технологическими процессами на основе систем SCADA стало осуществляться в передовых западных странах в 80-е годы. Область их применения охватывает сложные объекты электро- и водоснабжения, химические, нефтехимические и нефтеперерабатывающие производства, железнодорожный транспорт, транспорт нефти и газа и др.
В России диспетчерское управление технологическими процессами опиралось, главным образом, на опыт оперативно-диспетчерского персонала. Суть способа оперативно-диспетчерского управления заключается в том, что некоторой системой управляет группа специально обученных людей. Каждый специалист из этого персонала следит за отдельным элементом всей системы и изменения в системе должны происходить согласованно. Изменения производятся под руководством главного диспетчера на специальных щитах управления. Применение данного способа требует привлечения большого количества квалифицированных специалистов, а также их безошибочного взаимодействия между собой, т.е. группа диспетчеров должна действовать командно и целостно. Ошибка одного из членов персонал могла бы привести к плохим последствиям. Поэтому появилась необходимость объединить систему в одно целое и отдать ее под управления одного человека. Так появилось принципиально новое решение – SCADA. Переход к управлению на основе SCADA-систем стал осуществляться позднее . К трудностям освоения в России новой информационной технологии – SCADA-систем – относятся как отсутствие эксплуатационного опыта, так и недостаток информации о различных SCADA-системах.
Рис.4. HMI/MMI – Humain/Man Machine Interface [http://habrahabr.ru/blogs/infosecurity/105375/]
В мире насчитываются не один десяток компаний, активно занимающихся разработкой и внедрением SCADA-систем. Наиболее популярныеиз них приведены ниже:
- Intouch (Wonderware) – США;
- Citect (Citect) – Австралия;
- FIX (Intellution) – США;
- Genesis (Iconics Co) – США;
- Factory Link (United States Data Co) – США;
- RealFlex (BJ Software Systems) – США;
- Sitex (Jade Software) – Великобритания;
- Trace Mode (AdAstrA) – Россия;
- Cimplicity (GE Fanuc) – США;
- САРГОН (НВТ-Автоматика) – Россия.
Каждая SCADA-система – это ноу-хау компании, и поэтому информация о той или иной системе не столь обширна.
-
АСУ ТП НА ПРЕДПРИЯТИЯХ
2.1 АСУ ТП в ОАО «Газпром»
Крупнейшая газовая компания мира ОАО Газпром, использует российскую SCADA-систему TRACE MODE с 1999 года. 19 апреля 2000 г. в Учебном центре ОАО ГАЗПРОМ фирма АдАстрА (Россия) провела семинар по теме “Применение российской SCADA-системы TRACE MODE 5 для Windows NT/2000 в системах диспетчерского управления и АСУТП РАО ГАЗПРОМ”. SCADA TRACE MODE может быть использована в АСУТП и системах телемеханики практически всех технологических процессов газового комплекса: в подготовке, транспортировке, хранении газа, в газораспределительных сетях, на ГПЗ, в системах коммерческого учета и в диспетчерских системах управления.
На семинаре была представлена технология сквозного программирования операторских станций и контроллеров в распределенных АСУТП. Технология сквозного программирования позволяет в 1,5-2 раза сократить количество разработчиков, занятых в проекте, а также использовать технологии автоматического построения и поддержания проекта, что ведет к сокращению стоимости эксплуатации АСУТП.
Особое место на семинаре занимали новейшие разработки фирмы в области Internet/Intranet и web-управления, а также использования сетей мобильной связи стандарта GSM в системах телемеханики. Была представлена новая программа Web-activator, которая превращает любой монитор реального времени ТРЕЙС МОУД 5 в web-сервер. Использование WEB-активатора позволяет быстро превратить существующие локальные системы автоматизированного управления производством в Internet/Intranet-системы. При этом никакой переделки баз данных реального времени (баз каналов) не требуется. Доступ к данным реального времени через WEB-активатор производится при помощи стандартного браузера, работающего под любой операционной системой, позволяющей запуск виртуальной Java-машины, например UNIX, LINUX, QNX, MacOS и т.д., а также ОС, использующихся в карманных ПК.
Информация о технологическом процессе представляется пользователю в виде графических анимированных мнемосхем, трендов и таблиц. Для доступа к данным пользователю достаточно набрать web-адрес активатора и ввести пароль – весь проект загружается в удаленный компьютер в виде Java-апплета.
GSM-технологии TRACE MODE 5, представленные на семинаре, предполагают использование SMS-службы коротких сообщений для передачи данных о состоянии технологического объекта. На семинаре была продемонстрирована передача аварийных сообщений на мобильные телефоны слушателей, телеуправление Монитором реального времени при помощи обыкновенного сотового телефона стандарта GSM. Кроме того, GSM-технологии TRACE MODE предусматривают автоматическую передачу данных между контроллерами и операторскими станциями, управляемыми TRACE MODE.
2.2 АСУ ТП на “ТЭЦ”
Специалисты РУП “Белэлектромонтажналадка” ввели в эксплуатацию АСУ ТП газомоторной теплоэлектроцентрали в г. Анадырь. Общая мощность ТЭЦ составляет 25 МВт.
Новая АСУТП реализована на базе SCADA-системы TRACE MODE; на аппаратном уровне используются контроллеры Mitsubishi Electric. Система управляет самой ТЭЦ и 35-кВ подстанциями г. Анадыря. АСУТП объединила тепловую и электрическую части АСУ и позволила управлять системами электроснабжения, вентиляции, отопления, хозяйственно-питьевого и горячего водоснабжения, водоподготовки, утилизации тепла, пожаротушения и резервного парка ГСМ.
АСУТП имеет полное резервирование программных и аппаратных компонентов, что увеличивает надежность работы системы в аварийных ситуациях. Для передачи данных применены оптоволоконные каналы связи между контроллерами и серверами сбора данных, за счет чего увеличивается скорость обмена между устройствами и надежность работы. В данной системе цикл опроса всех контроллеров составляет 20 мс. Максимальный цикл опроса по расчету должен составлять 65 мс. За счет кольцевого резервируемого соединения контроллеров при порыве одного участка оптической связи сохраняется обмен данными со всеми контроллерами.
Программная часть АСУТП представлена дублированными серверами Double Force RTM+ системы SCADA TRACE MODE, которые получают информацию из контроллеров, систематизируют ее в виде базы данных, организуют хранение и быстрый доступ к данным. Дублированные серверы SCADA-системы через OРС-сервер собирают данные с контроллеров по оптоволоконной сети и записывают их в базу данных.
К серверам сбора данных подключаются автоматизированные рабочие места (АРМ) операторов, организованные на базе TRACE MODE RTM+ и TRACE MODE Netlink Light. АРМы имеют доступ к архивам данных, накопленных серверами. ПО рабочих станций обеспечивает каждому пользователю доступ только к необходимой для него информации.
В настоящее время специалисты РУП “Белэлектромонтажналадка” занимаются внедрением АСУТП Анадырского энергоузла. Проектом предусмотрена автоматизация всех подстанций находящихся в районе города Анадырь.
2.3 АСУ ТП на ОАО «РЖД»
SCADA-пакет PcVue для систем автоматизации на рельсовом транспорте (железная дорога, метро, трамвай).
Основные возможности SCADA-пакета PcVue, которые обеспечивают его широкое применение в системах автоматизации на рельсовом транспорте:
- PcVue удовлетворяет требованиям обеспечения высокой готовности и работы в «мягком» реальном времени
- Интеграция с системами IP-видеонаблюдения и IP-телефонии
- Интеграция со средствами спутниковой навигации
- Поддержка функций крупного плана и панорамных видов
- Поддержка возможностей «видеомагнитофона», записывающего требуемую информацию со средств видеонаблюдения и включающего инструменты последующего воспроизведения и детализации
- Интерфейс с геоинформационными системами (ГИС)
- Средства импорта данных из САПР (таких как AutoCad) и систем программирования контроллеров (ISaGRAF, CoDeSys, Unity)
- Фильтрация тревог по географическому признаку
- Мнемосхемы с очень высоким разрешением (до 10000×10000 пиксел)
- Простота работы с многоэкранными дисплеями и видеостенками
- Средства графической анимации и трехмерная графика
- Наличие программного интерфейса, позволяющего взаимодействовать с аппаратными средствами третьих фирм
- Хорошая поддержка базовых сетевых протоколов, применяемых на транспорте (Modbus, MVB, CAN, LonWorks, BACNet, FIP и другие).
Немаловажную роль в широком применении PcVue в системах автоматизации на рельсовом транспорте играет репутация на рынке и многолетнее плодотворное сотрудничество ARC Informatique с ведущими поставщиками комплексных решений для этой области – компаниями Alstom и Cegelec. В начале марта 2010 года в присутствии президентов России и Франции был подписан протокол о технологическом и производственном сотрудничестве между ОАО «РЖД», компанией Alstom и ЗАО «Трансмашхолдинг». Этот факт позволяет рассматривать PcVue как один из весьма перспективных SCADA-пакетов для использования системными интеграторами в России в сегменте средств автоматизации на рельсовом транспорте.
PcVue – современный SCADA-пакет, один из мировых лидеров на рынке автоматизации
SCADA-пакет PcVue французской компании ARC Informatique предназначен для создания систем сбора данных, диспетчерского управления и мониторинга различного масштаба, начиная от автономных операторских мест и кончая распределенными системами управления с возможностями поддержки средств обеспечения избыточности, дублирования и безопасности (в том числе шифрования данных). Как и в любом серьезном современном SCADA-пакете, в PcVue имеются такие компоненты как внутренняя или внешняя база данных реального времени и истории, мощный 2D- и 3D- графический редактор с поддержкой эффектов анимации, генератор отчетов, встроенный язык программирования, web-интерфейс («тонкий клиент»), средства разграничения прав доступа и сопровождения версий проектов, подсистемы обработки тревог, событий, трендов реального времени и истории, аналитика и статистика, настройка языка интерфейса (русский, английский, французский, немецкий,…) и локализованная документация и подсказки, средства календарного планирования, рецепты, OPС-интерфейс, поддержка промышленных протоколов и многое другое. Другими словами, в PcVue, как одном из мировых лидеров на рынке, реализован весь современный «джентльменский набор» средств, присущих ведущим SCADA-пакетам.
SCADA-пакет PcVue составляет базис для других инструментальных продуктов компании ARC Informatique, в совокупности получивших название PcVue Solutions.
Компания
ARC Informatique
(Франция) является одним из ведущих европейских поставщиков решений класса HMI/SCADA/MES. На сайте локального дистрибьютора в России – компании
«ФИОРД»
можно скачать демонстрационную
версию PcVue
,
документацию
на русском языке и ознакомиться с примерами
внедрения
PcVue за рубежом и в России.
3. ХАРАКТЕРИСТИКИ SCADA
3.1 Технические характеристики
Программно-аппаратные платформы для SCADA-систем
Анализ перечня таких платформ необходим, поскольку от него зависит ответ на вопрос, возможна ли реализация той или иной SCADA-системы на имеющихся вычислительных средствах, а также оценка стоимости эксплуатации системы (будучи разработанной в одной операционной среде, которую поддерживает выбранный SCADA-пакет ). В различных SCADA-системах этот вопрос решен по-разному. Так, FactoryLink имеет весьма широкий список поддерживаемых программно аппаратных платформ (табл.3.1).
Таблица 3.1
| Операционная система | Компьютерная платформа |
| DOS/MS Windows | IBM PC |
| OS/2 | IBM PC |
| SCO UNIX | IBM PC |
| VMS | VAX |
| AIX | RS6000 |
| HP-UX | HP-9000 |
| MS Windows/NT | Системы с реализованным Windows/ NT, в основном на PC-платформе |
В то же время в таких SCADA-системах, как RealFlex и Sitex, основу программной платформы принципиально составляет единственная операционная система реального времени QNX.
Подавляющее большинство SCADA- систем реализовано на MS Windows-платформах. Именно такие системы предлагают наиболее полные и легко наращиваемые MMI-средства (Man Machine Interface – человеко машинные средства). Учитывая позиции Microsoft на рынке операционных систем, следует отметить, что даже разработчики многоплатформенных SCADA-систем, такие, как United States DATA Co (разработчик FactoryLink), приоритетными считают дальнейшее развитие своих SCADA-систем на платформе Windows NT. Некоторые фирмы, до сих пор поддерживающие SCADA-системы на базе операционных систем реального времени, начали менять ориентацию, выбирая системы на платформах Windows NT. Все более очевидным становится применение операционных систем реального времени во встраиваемых системах, где они действительно хороши. Таким образом, основным полем, где сегодня разворачиваются главные события глобального рынка SCADA-систем, стала MS Windows NT на фоне всё ускоряющегося сворачивания активности в области MS DOS, MS Windows 3.xx.
Имеющиеся средства сетевой поддержки
Одной из основных черт современного мира систем автоматизации является их высокая степень интеграции. В любой из них могут быть задействованы объекты управления, исполнительные механизмы, аппаратура, регистрирующая и обрабатывающая информацию, рабочие места операторов, серверы без данных и т.д. Очевидно, что для эффективного функционирования в этой разнородной среде SCADA-система должна обеспечивать высокий уровень сетевого сервиса. Желательно, чтобы она поддерживала работу в стандартных сетевых средах (ETHERNET и т.д.) с использованием стандартных протоколов (NETBIOS, TCP/IP и др.), а также обеспечивала поддержку наиболее популярных сетевых стандартов из класса промышленных интерфейсов (PROFIBUS, CANBUS, LON, MODBUS и т.д.). Этим требованиям в той или иной степени удовлетворяют практически все рассматриваемые SCADA-системы, с тем только различием, что набор поддерживаемых сетевых интерфейсов, конечно же, разный.
Поддерживаемые базы данных
Одной из основных задач систем диспетчерского контроля и управления является обработка информации: сбор, оперативный анализ, хранение, сжатие, пересылка и т.д. Таким образом, в рамках создаваемой системы должна функционировать база данных.
Практически все SCADA-системы, в частности Genesis, InTouch, Citect, используют ANSI SQL-синтаксис, который является независимым от типа базы данных. Таким образом, приложения виртуально изолированы, что позволяет менять базу данных без серьезного изменения самой прикладной задачи, создавать независимые программы для анализа информации, использовать уже наработанное программное обеспечение, ориентированное на обработку данных.
Графические возможности
Для специалиста-разработчика системы автоматизации, как и для специалиста-технолога, чье рабочее место создается, очень важен графический пользовательский интерфейс. Функционально графические интерфейсы SCADA-систем весьма похожи. В каждой из них существует графический объектно-ориентированный редактор с определенным набором анимационных функций. Используемая векторная графика дает возможность осуществлять широкий набор операций над объектом, а также быстро обновлять изображение на экране, применяя средства анимации.
Крайне важен также вопрос о поддержке в рассматриваемых системах стандартных функций GUI (Graphic Users Interface). Поскольку большинство рассматриваемых SCADA-систем работают под управлением Windows, это и определяет тип используемых GUI.
3.2 Эксплуатационные характеристики
Показатели этой группы критериев наиболее субъективны. Это тот самый случай, когда лучше один раз увидеть, чем семь раз услышать. К этой группе можно отнести:
- удобство интерфейса среды разработки – «Windows-подобный» интерфейс, полнота инструментария и функций системы;
- качество документации – ее полнота, уровень руссификации;
- поддержка со стороны создателей – количество инсталляций, дилерская сеть, обучение, условия обновления версий и т.д.
Если предположить, что пользователь справился и с этой задачей – остановил свой выбор на конкретной SCADA-системе, то далее начинается разработка системы контроля и управления, включающая следующие этапы:
- разработку архитектуры системы автоматизации в целом. На этом этапе определяется функциональное назначение каждого узла системы автоматизации;
- решение вопросов, связанных с возможной поддержкой распределенной архитектуры, необходимостью введения узлов с «горячим резервированием» и т.п.;
- создание прикладной системы управления для каждого узла. На этом этапе специалист в области автоматизируемых процессов наполняет узлы архитектуры алгоритмами, совокупность которых позволяет решать задачи автоматизации;
- приведение в соответствие параметров прикладной системы с информацией, которой обмениваются устройства нижнего уровня (например, программируемые логические контроллеры) с внешним миром (датчики технологических параметров, исполнительные устройства и др.);
- отладку созданной прикладной программы в режиме эмуляции.
3.3 Открытость систем
Система является открытой, если для нее определены и описаны используемые форматы данных и процедурный интерфейс, что позволяет подключить к ней «внешние» независимо разработанные компоненты.
Разработка собственных программных модулей
Перед фирмами-разработчиками систем автоматизации часто встает вопрос о создании собственных (не предусмотренных в рамках систем SCADA) программных модулей и включении их в создаваемую систему автоматизации. Поэтому вопрос об открытости системы является важной характеристикой SCADA-систем. Фактически открытость системы означает доступность спецификаций системных вызовов, реализующих тот или иной системный сервис. Это может быть и доступ к графическим функциям, функциям работы с базами данных и т.д.
Драйверы ввода-вывода
Современные SCADA-системы не ограничивают выбора аппаратуры нижнего уровня, так как предоставляет большой набор драйверов или серверов ввода-вывода и имеют хорошо развитые средства создания собственных программных модулей или драйверов новых устройств нижнего уровня. Сами драйверы разрабатываются с использованием стандартных языков программирования. Вопрос, однако, в том, достаточно ли спецификаций доступа к ядру системы, поставляемых фирмой-разработчиком в штатном комплекте (система Trace Mode) , или для создания драйверов необходимы специальные пакеты (системы FactoryLink, InTouch). Возможно, разработку драйвера нужно заказывать у фирмы-разработчика.
3.4 Стоимостные характеристики
При оценке стоимости SCADA-систем нужно учитывать следующие факторы:
- стоимость программно-аппаратной платформы;
- стоимость системы;
- стоимость освоения системы;
- стоимость сопровождения.
Стоимость лицензии на программную часть технологии SCADA колеблется от 25000 руб. до 120000руб. Аппаратная часть для таких систем составляется из высокопроизводительных компьютеров, а также специализированных устройств для ПК, и цена их от 10000 руб. и более. Стоимость сопровождения, т.е. технической помощи по настройке программных продуктов, за один, восьми часовой, рабочий день равна 10000 руб. Срок обучения навыкам эксплуатации и наладки длится 5 дней, цена обучения составляет 20000руб. и более.
-
ОБМЕН ДАННЫМИ В SCADA-СИСТЕМАХ
4.1 Организация взаимодействия с контроллерами
Современные SCADA-системы не ограничивают выбора аппаратуры нижнего уровня (контроллеров), так как предоставляют большой набор драйверов или серверов ввода/вывода и имеют хорошо развитые средства создания собственных программных модулей или драйверов новых устройств нижнего уровня. Для подсоединения драйверов ввода/вывод к SCADA-системе в настоящее время используются следующие механизмы:
- ставший стандартом де-факто динамической обмен данными (DDE);
- собственные протоколы фирм-производителей SCADA-систем, реально обеспечивающие самый скоростной обмен данными;
- новый OPC-протокол, который, с одной стороны, является стандартным и поддерживается большинством SCADA-систем, а с другой стороны, лишен недостатков протоколов DDE.
Изначально протокол DDE применялся в первых человеко-машинных интерфейсах в качестве механизма разделения данных между прикладными системам и устройствами типа ПЛК. Для преодоления недостатков DDE, прежде всего для повышения надежности и скорости обмена, разработчики предложили свои собственные решения (протоколы), такие, как AdvancedDDE- или FastDDE-протоколы, связанные с пакетированием информации при обмене с ПЛК и сетевыми контроллерами. Но такие частные приводят к ряду проблем:
- для каждой SCADA-системы пишется свой драйвер для поставляемого на рынок оборудования;
- в общем случае два пакета не могут иметь доступ к одному драйверу в одно и то же время, поскольку каждый из них поддерживает обмен именно со своим драйвером.
Основная цель ОРС-стандарта (OLE for Process Control) заключается в определении механизма доступа к данным с любого устройства системы управления. ОРС позволяет производителям оборудования поставлять программные компоненты, которые стандартным способом обеспечат клиентов данными с ПЛК. При широком распространении ОРС-стандарта появятся следующие преимущества:
- ОРС позволят определять на уровне объектов различные системы контроля и управления, работающие в распределенной гетерогенной (неоднородной) среде;
- ОРС устранят необходимость использования различного нестандартного оборудования и соответствующих коммуникационных программных драйверов;
- у потребителя появится больший выбор при разработке приложений.
С ОРС-решениями интеграция в гетерогенные системы становится достаточно простой. Применительно к SCADA-системам ОРС-серверы, расположенные на всех компьютерах системы управления производственного предприятия, стандартным способом могут поставлять данные в программу визуализации, базы данных и т. п., уничтожая, в некотором смысле, само понятие неоднородной системы.
4.2 Аппаратная реализация связи с устройствами ввода/вывода
Для организации взаимодействия с контроллерами могут быть использованы:
- СОМ-порты. В этом случае контроллер или объединенные сетью контроллеры подключаются по протоколам RS-232, RS-422, RS-485;
- сетевые платы. Использование такой аппаратной поддержки возможно, если соответствующие контроллеры снабжены интерфейсным выходом на Ethernet;
- вставные платы. В этом случае протокол взаимодействия определяется платой и может быть уникальным. В настоящее время предлагаются реализации в стандартах ISA, PCI, CompactPCI.
-
ДОСТУП К ДАННЫМ
Тема обеспечения доступа к данным технологического процесса с любого компьютера предприятия, с любой подсистемы стала актуальной. Не располагая информацией, в частности информацией реального времени, невозможно эффективно управлять предприятием. SCADA-приложения, по определению, являются потребителями технологических данных, но, с другой стороны, они должны быть и их источником. Информация со SCADA приложений потребляется многочисленными клиентами (специалистами и руководителями).
Рассматривая различные типы клиентских приложений, нельзя оставить без внимания и протоколы, используемые для передачи как исторических данных, так и данных реального времени. Под термином «клиентское приложение» следует понимать программное обеспечение сетевого компьютера, необходимое для получения удаленного доступа к производственной информации в соответствии с имеющимися правами.
Каждый клиентский узел реализует вполне определенные функции. И поэтому клиентское приложение должно обеспечить соответствующий данному клиентскому узлу набор пользовательских услуг. К их числу можно отнести:
- объем предоставляемой информации;
- форму представления информации;
- реализуемые функции (только информационные или с возможностью выдачи управляющих воздействий);
- протяженность и надежность канала связи «источник-потребитель»;
- простоту.
Клиентские приложения различного типа могут предоставлять информацию в любом объеме и приемлемом для пользователя виде. Клиент-серверная организация SCADA-систем предполагает применение клиентских приложений двух типов: с возможностью передачи управляющих воздействий с клиентского приложения и чисто мониторинговые приложения. Пользователю достаточно лишь определить необходимый набор услуг.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В последнее десятилетие на многих предприятиях уже созданы и успешно эксплуатируются современные АСУТП, автоматизированные системы управления предприятием (АСУП), учётные системы. Безусловно, достигнуты большие успехи, но в последнее время, все чаще и чаще в специальной прессе стала подниматься проблема достаточно низкой эффективности внедренных систем. Оказалось, что созданные на разной программно-аппаратной платформе, хотя и современной, эти системы мало взаимодействуют между собой. Какими бы функциональными особенностями ни обладали указанные локальные системы, они не включены в единый производственный цикл и не образуют комплексную систему автоматизации производства. SCADA-системы в подавляющем большинстве ответственны лишь за уровень промышленной автоматизации, обеспечивающий, главным образом, получение данных от различных датчиков и устройств ввода/вывода, представление собранной информации и её архивацию. Доступ же к этой информации со стороны руководителя предприятия, а также руководителей экономических подразделений до недавнего времени был лишь косвенным. Для анализа производства в целом, для моделирования его отдельных этапов, для выявления критических участков и слабых звеньев важна организация доступа к данным, отражающим весь процесс производства, с возможностью воздействия на него, в том числе и в реальном времени.
БИБЛИОГРАФЧЕСКИЙ СПИСОК
- SCADA-системы: взгляд изнутри/ Е.Б Андреев, Н.А Куцевич, О.В Синенко – М. : Издательство « РТСофт» , 2004 г. – 176 с.
- Проектирование АСУТП в SCADA-системе (учебное пособие)/ Т.А Пьявченко – Таганрог.: Издательство ЮФУ, 2007 г.
- Кабаев С.В. Пакет программного обеспечения Intouch – система мониторинга и управления в объектах промышленной автоматизации
- Кузнецов А. Genesis for Windows – графическая scada-система для разработки АСУ ТП. / Современные технологии автоматизации. – 1997.- №3.