Главная · Windows XP · Что такое SCADA система в телемеханике? SCADA-системы. Назначение, функции, характеристики, способы построения Что такое скада

Что такое SCADA система в телемеханике? SCADA-системы. Назначение, функции, характеристики, способы построения Что такое скада

Термин SCADA-система используют для обозначения программно-аппаратного комплекса сбора данных (телемеханического комплекса).

К основным задачам, решаемым SCADA-системами, относятся:

  • Обмен данными в реальном времени с УСО (устройством связи с контролируемым объектом). Этим устройством может быть как промышленный контроллер, так и плата ввода/вывода.
  • Обработка информации в реальном времени.
  • Отображение информации на экране монитора в понятной для человека форме (HMI сокр. от англ. Human Machine Interface — человеко-машинный интерфейс).
  • Ведение базы данных реального времени с технологической информацией.
  • Аварийная сигнализация и управление тревожными сообщениями.
  • Подготовка и генерирование отчетов о ходе технологического процесса.
  • Архивирование технологической информации (сбор истории).

Обеспечение связи с внешними приложениями (СУБД, электронными таблицами, текстовыми процессорами и т.д.). В системе управления предприятием такими приложениями чаще всего являются приложения, относимые к уровню MES.

Иногда SCADA-системы комплектуются дополнительным ПО для программирования промышленных контроллеров. Такие SCADA-системы называются интегрированными, и к ним добавляют термин SoftLogiс.

Это была сухая формулировка, взятая из энциклопедии. На самом деле системы такого класса имеют четкое предназначение - они предоставляют возможность осуществлять мониторинг и диспетчерский контроль множества удаленных объектов (от 1 до 10000 пунктов контроля, иногда на расстоянии в тысячи километров друг от друга) или одного территориально распределенного объекта.

Классическими примерами являются:

  • Нефтепроводы;
  • Газопроводы;
  • Водопроводы;
  • Удалённые электрораспределительные подстанции;
  • Водозаборы;
  • Дизель-генераторные пункты и т.д.

Основная задача SCADA - это сбор информации о множестве удаленных объектов, поступающей с пунктов контроля, и отображение этой информации в едином диспетчерском центре. Кроме этого, SCADA должна обеспечивать долгосрочное архивирование полученных данных. При этом диспетчер зачастую имеет возможность не только пассивно наблюдать за объектом, но и ограниченно им управлять, реагируя на различные ситуации.

Общая структура SCADA

Работа SCADA - это непрерывный процесс сбора информации реального времени с удаленных точек (объектов) для обработки, анализа и возможного управления.

Требование обработки реального времени обусловлено необходимостью оперативной доставки (выдачи) всех сообщений и данных на центральный интерфейс оператора (диспетчера). В то же время понятие реального времени отличается для различных SCADA-систем.

Все современные SCADA-системы включают три основных структурных компонента (см. рисунок ниже):

Remote Terminal Unit (RTU) удаленный терминал, подключающийся непосредственно к контролируемому объекту и осуществляющий обработку задачи (управление) в режиме реального времени. Спектр воплощений RTU 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 спецификой применения. Использование устройств низкоуровневой обработки информации позволяет снизить требования к пропускной способности каналов связи с центральным диспетчерским пунктом.

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 человеко-машинного интерфейса (между человеком-оператором и системой). 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. Устройство MTU часто называют SCADA-сервером.

Communication System (CS) коммуникационная система (каналы связи) между RTU и MTU. Она необходима для передачи данных с удаленных точек (RTU) на центральный интерфейс диспетчера и передачи сигналов управления обратно с MTU на RTU. В качестве коммуникационной системы можно использовать следующие каналы передачи данных:

  • Выделенные линии - собственные или арендованные; медный кабель или оптоволокно;
  • Частные радиосети;
  • Аналоговые телефонные линии;
  • Цифровые ISDN сети;
  • Сотовые сети GSM (GPRS).

С целью дублирования линий связи устройства могут подключаться к нескольким сетям, например к выделенной линии и резервному радиоканалу.

Особенности SCADA как процесса управления

Ниже перечисленные некоторые характерные особенности процесса управления в современных диспетчерских системах:

  • В системах SCADA обязательно наличие человека (оператора, диспетчера);
  • Любое неправильное воздействие может привести к отказу (потере) объекта управления или даже катастрофическим последствиям;
  • Диспетчер несет, как правило, общую ответственность за управление системой, которая, при нормальных условиях, только изредка требует подстройки параметров для достижения оптимального функционирования;
  • Большую часть времени диспетчер пассивно наблюдает за отображаемой информацией. Активное участие диспетчера в процессе управления происходит нечасто, обычно в случае наступления критических событий - отказов, аварийных и нештатных ситуаций и пр.;
  • Действия оператора в критических ситуациях могут быть жестко ограничены по времени (несколькими минутами или даже секундами.

Концепция SCАDA (сокр. от англ. Supervisory Control And Data Acquisition - диспетчерское управление и сбор данных) в настоящее время является основным средством автоматизированного диспетчерского управления сложными динамическими системами (процессами).

SCADA-система представляет собой специализированное программное обеспечение, осуществляющее двухстороннюю связь оператора (диспетчера) технологического процесса с АСУ ТП. Достоинствами SCADA - систем являются дружественность человеко-машинного интерфейса (HMI), полнота и наглядность представляемой на экране информации, удобство пользования средствами управления и справочной системой, что в итоге повышает эффективность взаимодействия диспетчера с АСУ ТП и существенно снижает вероятность возникновения ошибок в управлении. В настоящее время SCADA-системы нашли применение практически во всех областях деятельности, где применяются автоматизированные системы оперативно-диспетчерского управления (АСОДУ), в том числе и на производстве.

К основным функциям SCADA-систем относятся:

1) автоматизированная разработка ПО АСУ ТП;

2) сбор, обработка и архивирование информации, полученной от устройств нижнего уровня;

3) автоматическое управление технологическим процессом;

4) визуализация информации в виде мнемосхем, графиков и т.п.;

5) поддержание диалогового режима работы с диспетчером и оперативное реагирование на его команды;

6) сигнализация о неисправности оборудования и нарушении хода технологического процесса;

7) формирование оперативных и итоговых отчетных документов, характеризующих состояние производства.

Существует 2 пути разработки специализированного ПО для создания SCADA-системы:

1) Программирование с использованием "традиционных" средств (традиционные языки программирования, стандартные средства отладки и пр.) Целесообразен для простых систем или небольших фрагментов большой системы, для которых нет стандартных решений (не написан, например, подходящий драйвер) или они не устраивают по тем или иным причинам в принципе.

2) Использование коммерческих инструментальных проблемно-ориентированных средств. Целесообразен для сложных распределенных систем. Позволяет минимизировать затраты труда высококлассных программистов, по возможности привлекая к разработке специалистов-технологов в области автоматизируемых процессов.

Программные продукты класса SCADA широко представлены на мировом рынке. Это несколько десятков SCADA - систем, многие из которых нашли свое применение и в России. Наиболее популярные из них приведены ниже:



SCADA Фирма-разработчик Страна
Сimplicity GE Fanuc Automation США
Citect CI Technology Австралия
Factory Link United States DATA Co. США
iFIX Intellution США
Genesis Iconics США
InTouch Wonderware США
MasterSCADA InSAT Россия
TraceMode AdAstra Россия
WinCC Siemens Германия
КРУГ2000 НПО "Круг" Россия

Выбор SCADA осуществляется на основе технических, экономических и эксплуатационных характеристик.

После выбора SCADA - системы, начинается разработка АСУТП для конкретного объекта, включающая следующие этапы:

1) Разработка архитектуры АСУТП в целом. На этом этапе определяется функциональное назначение каждого узла системы.

2) Решение вопросов, связанных с возможной поддержкой распределенной архитектуры.

3) Создание прикладной программы для каждого узла, т.е. написание алгоритмов, совокупность которых позволяет решать задачи автоматизации.

4) Связь прикладной программы устройствами нижнего уровня (ПЛК, датчики, исполнительные устройства и др.)

5) Отладка созданной прикладной программы в режиме эмуляции.

Характеристики SCADA-систем

Технические характеристики

1) Поддерживаемые программно-аппаратные платформы . Анализ перечня 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 ОС, 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 широкий список поддерживаемых платформ: DOS, MS Windows, OS/2, UNIX и др. В RealFlex и Sitex основу программной платформы принципиально составляет ОСРВ QNX. Подавляющее большинство SCADA-систем реализовано на MS Windows платформах. Учитывая позиции Microsoft на рынке ОС, следует отметить, что даже разработчики многоплатформных SCADA, приоритетным считают развитие своих систем на платформе Windows NT/2000.



2) Наличие средств сетевой поддержки. Для эффективного функционирования в разнородной среде SCADA должна иметь поддержку работы в стандартных сетевых средах (ARCNet, Ethernet и т.д.) с использованием стандартных протоколов (NetBIOS, TCP/IP и др.), а также обеспечивать поддержку промышленных интерфейсов (PROFIBUS, CAN, MODBUS и т.д.).

3) Встроенные командные языки. Большинство SCADA-систем имеют встроенные VisualBasic-подобные языки высокого уровня, позволяющие генерировать адекватную реакцию на события.

4) Поддерживаемые базы данных. Одной из основных задач SCADA 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, используют ANSI SQL синтаксис, который является независимым от типа базы данных.

5) Графические возможности. Для специалиста-разработчика системы автоматизации, также как и для специалиста - "технолога", 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. 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 используемого GUI.

6) 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. Современные SCADA-системы предоставляют большой набор драйверов к существующим устройствам нижнего уровня и имеют развитые средства создания собственных программных модулей или драйверов новых устройств. Сами драйверы разрабатываются с использованием стандартных языков программирования.

Supervisory Control And Data Acquisition (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.

ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ SCADA-СИСТЕМЫ:

  • 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.

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.

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;

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.

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.

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.

■ Графики
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.

ХАРАКТЕРИСТИКИ SCADA-СИСТЕМЫ

  • 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:
– MasterSCADA (ИнСАТ, Москва);
– TRACE MODE (AdAstra, Москва);
– Круг2000 (Круг, Пенза).

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.

Сравнительная характеристика зарубежных и отечественных SCADA

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.
Редакция «КИПинфо»

Электронный журнал “КИПинфо” №17 2013

Популярные товары

Большинство систем автоматизации функционирует с участием человека (оператора, диспетчера). Интерфейс между человеком и системой называют человеко-машинным интерфейсом (ЧМИ), в зарубежной литературе - HMI (Human-Machinery Interface) или MMI (Man-Machinery Interface). В частном случае, когда ЧМИ предназначен для взаимодействия человека с автоматизированным технологическим процессом, его называют SCADA-системой (Supervisory Control And Data Acquisition). Этот термин переводится буквально как "диспетчерское управление и сбор данных", но на практике его трактуют гораздо шире, а современные SCADA-пакеты включают в себя широчайший набор функциональных возможностей, далеко выходящий за рамки сбора данных и диспетчерского управления.

9.4.1. Функции SCADA

Существующие в настоящее время SCADA-пакеты выполняют множество функций, которые можно разделить на несколько групп:

  • наcтройка SCADA на конкретную задачу (т. е. разработка программной части системы автоматизации);
  • диспетчерское управление;
  • автоматическое управление;
  • хранение истории процессов;
  • выполнение функций безопасности;
  • выполнение общесистемных функций.

Несмотря на множество функций, выполняемых SCADA, основным ее отличительным признаком является наличие интерфейса с пользователем. При отсутствии такого интерфейса перечисленные выше функции совпадают с функциями средств программирования контроллеров, а управление является автоматическим, в противоположность диспетчерскому.

Качество решений, принятых оператором (диспетчером), часто влияет не только на качество производимой продукции, но и на жизнь людей. Поэтому комфорт рабочего места, понятность интерфейса, наличие подсказок и блокировка явных ошибок оператора являются наиболее важными свойствами SCADA, а дальнейшее их развитие осуществляется в направлении улучшения эргономики и создания экспертных подсистем.

Иногда SCADA комплектуются средствами для программирования контроллеров, однако эта функция вызвана коммерческими соображениями и слабо связана с основным назначением SCADA.

В SCADA-пакетах используют понятие аларма и события. Событие - это изменение некоторых состояний в системе. Примерами событий могут быть включение перевалки зерна в элеваторе, завершение цикла периодического процесса обработки детали, окончание загрузки бункера, регистрация нового оператора и т. п. События не требуют срочного вмешательства оператора, а просто информируют его о состоянии системы.

В отличие от события, аларм (от английского "alarm" - "сигнал тревоги") представляет собой предупреждение о важном событии, в ответ на которое нужно срочно предпринять некоторые действия. У английского слова "аларм" имеется точный русский перевод - "сигнал тревоги" или "аварийный сигнал", однако термин "аларм" уже прочно вошел в лексикон промышленной автоматизации.

Примерами алармов может быть достижение критической температуры хранения зерна в элеваторе, после которого начинается его возгорание, достижение критического значение давления в автоклаве, после которого возможен разрыв оболочки, срабатывание датчика открытия охраняемой двери, превышение допустимого уровня загазованности в котельной и т.п.

В связи с тем, что алармы требует принятия решения, их делят на подтвержденные и неподтвержденные . Подтвержденным называется аларм, в ответ на который оператор ввел команду подтверждения. До этого момента аларм считается неподтвержденным.

Алармы делятся на дискретные и аналоговые . Дискретные сигнализируют об изменении дискретной переменной, аналоговые алармы появляются, когда непрерывная переменная входит в заранее заданный интервал своих значений. В качестве примера на рис. 9.13 показано деление всего интервала изменения переменной на интервалы "Норма", "Внимание" (предаварийное состояние) и "Авария":

Каждая критическая граница на рис. имеет зону нечувствительности (мертвую зону), которая нужна для того, чтобы после снятия состояния аларма переменная не могла вернуться в него вследствие случайных выбросов в системе (шумов). Границы зон на рис. 9.13 могут изменяться с течением времени.

Аналогичные границы могут быть назначены для скорости изменения переменной (для производной функции ), которая определяется как угол наклона касательной к кривой .

Методика выдачи алармов должна быть надежной. В частности, всплывающие окна с сообщениями алармов должны быть всегда поверх остальных окон, алармы могут дублироваться звуком и светом. Поскольку алармов в системе может быть много, им назначают разные приоритеты, разные громкости и тоны звукового сигнала и т. п.

Разработка человеко-машинного интерфейса

Одной из основных функций SCADA является разработка человеко-машинного интерфейса, т.е. SCADA одновременно является и ЧМИ, и инструментом для его создания. Быстрота разработки существенно влияет на рентабельность фирмы, выполняющей работу по внедрению системы автоматизации, поэтому скорость разработки является основным показателем качества SCADA с точки зрения системного интегратора. В процесс разработки входят следующие операции:

  • создание графического интерфейса (мнемосхем, графиков, таблиц, всплывающих окон, элементов для ввода команд оператора и т д.);
  • программирование и отладка алгоритмов работы системы автоматизации. Многие SCADA позволяют выполнять отладку системы как в режиме эмуляции оборудования, так и с подключенным оборудованием;
  • настройка системы коммуникации (сетей, модемов, коммуникационные контроллеров и т п.);
  • создание баз данных и подключение к ним SCADA.

SCADA как система диспетчерского управления

Как система диспетчерского управления SCADA может выполнять следующие задачи:

  • взаимодействие с оператором (выдача визуальной и слуховой информации, передача в систему команд оператора);
  • помощь оператору в принятии решений (функции экспертной системы);
  • автоматическая сигнализация об авариях и критических ситуациях;
  • выдача информационных сообщений на пульт оператора;
  • ведение журнала событий в системе;
  • извлечение информации из архива и представление ее оператору в удобном для восприятия виде;
  • подготовка отчетов (например, распечатка таблицы температур, графиков смены операторов, перечня действий оператора);
  • учет наработки технологического оборудования.

SCADA как часть системы автоматического управления

Основная часть задач автоматического управления выполняется, как правило, с помощью ПЛК, однако часть задач может возлагаться на SCADA. Кроме того, во многих небольших системах управления ПЛК могут вообще отсутствовать и тогда компьютер с установленной SCADA является единственным средством управления. SCADA обычно выполняет следующие задачи автоматического управления:

  • автоматическое регулирование;
  • управление последовательностью операций в системе автоматизации;
  • адаптация к изменению условий протекания технологического процесса;
  • автоматическая блокировка исполнительных устройств при выполнении заранее заданных условий.

Хранение истории процесса

Знание предыстории управляемого процесса позволяет улучшить будущее поведение системы, проанализировать причины возникновения опасных ситуаций или брака продукции, выявить ошибки оператора. Для создания истории система выполняет следующие операции:

  • сбор данных и их обработка (цифровая фильтрация, интерполяция, сжатие, нормализация, масштабирование и т. д.);
  • архивирование данных (действий оператора, собранных и обработанных данных, событий, алармов, графиков, экранных форм, файлов конфигурации, отчетов и т. п.);
  • управление базами данных (реального времени и архивных).

Безопасность SCADA

Применение SCADA в системах удаленного доступа через интернет резко повысило уязвимость SCADA к действиям враждебных лиц. Пренебрежение этой проблемой может приводить, например, к отказу в работе сетей электроснабжения, жизнеобеспечения, связи, отказу морских маяков, дорожных светофоров, к заражению воды неочищенными стоками и т.п. Возможны и более тяжелые последствия с человеческими жертвами или большим экономическим ущербом. Для повышения безопасности SCADA используют следующие методы:

  • разграничение доступа к системе между разными категориями пользователей (у сменного оператора, технолога, программиста и директора должны быть разные права доступа к информации и к модификации настроек системы);
  • защиту информации (путем шифрования информации и обеспечения секретности протоколов связи);
  • обеспечение безопасности оператора благодаря его отдалению от опасного управляемого процесса (дистанционное управление). Дистанционный контроль и дистанционное управление являются типовыми требованиями Ростехнадзора и выполняются по проводной сети, радиоканалу (через GSM- или радиомодем), через интернет и т.д.;
  • специальные методы защиты от кибер-атак;
  • применение межсетевых экранов.

Общесистемные функции

Поскольку SCADA обычно является единственной программой для управления системой автоматизации, на нее могут возлагаться также некоторые общесистемные функции:

  • осуществление взаимодействий между несколькими SCADA, между SCADA и другими программами (MS Office, базой данных, MATLAB и т.п.);
  • диагностика аппаратуры, каналов связи и программного обеспечения.

9.4.2. Свойства SCADA

Анализ свойств различных SCADA позволяет выбирать систему, оптимальную для решения поставленной задачи. Все многообразие свойств SCADA-пакетов можно разбить на следующие группы:

  • инструментальные свойства;
  • эксплуатационные свойства;
  • свойства открытости;
  • экономическая эффективность.

Инструментальные свойства

К инструментальным относятся свойства SCADA, влияющие на эффективность работы системных интеграторов:

  • быстрота разработки проекта;
  • легкость освоения;
  • поддерживаемые средства коммуникации;
  • наличие функций для сложной обработки данных;
  • наличие языков МЭК 61131-3 и универсального алгоритмического языка типа Visual Basic;
  • степень открытости для разработчика (поддержка COM и ActiveX для подключения программных модулей пользователя, а также OPC, ODBC, OLE DB;
  • качество технической документации (полнота, ясность изложения, количество ошибок);
  • наличие режима эмуляции оборудования для отладки;
  • наличие внутренних графических редакторов, позволяющих отказаться от применения внешних редакторов типа CorelDraw или Photoshop; поддержка типовых графических форматов файлов;
  • качество технической поддержки (время реакции на вопросы пользователей, наличие "горячей линии" технической поддержки.

SCADA используют языки программирования МЭК 61131-3, ориентированные на технологов, которые дополняются функциями, специфическими для SCADA. Большинство SCADA имеют встроенный редактор и интерпретатор языка Visual Basic фирмы Microsoft.

Эксплуатационные свойства

Качество SCADA в процессе эксплуатации оценивается конечными пользователями и характеризуется следующим набором свойств:

  • робастность (нечувствительность к ошибкам пользователя, защищенность от вандалов и враждебных элементов, устойчивость к ошибкам в исходных данных);
  • надежность;
  • информационная защищенность;
  • наличие средств сохранения данных при нештатных ситуациях, отключениях питания и сбоях;
  • наличие автомата перезапуска системы при ее зависании или после прерывания питания;
  • поддержка резервирования SCADA (операторской станции, сетевых серверов, клиентских рабочих станций, резервное копирование данных);
  • поддержка переключения экранов с разной детализацией изображений; поддержка нескольких мониторов.

Степень открытости

Степень открытости очень сильно влияет на экономическую эффективность системы, однако это влияние носит случайный характер, поскольку зависит от степени использования свойств открытости в конкретном проекте.

Открытость для программирования пользователем SCADA обеспечивается возможностью подключения программных модулей, написанных пользователем или другими производителями. Это обычно достигается тем, что SCADA разрабатывается как контейнер для СОМ-объектов и ActiveX элементов. Совместимость с аппаратурой и базами данных других производителей достигается с помощью стандарта ОРС, применением интерфейса ODBC или OLE DB. Открытость системы программирования достигается поддержкой языков МЭК 61131-3.

Особенно интересно с точки зрения открытости применение веб-интерфейса, поскольку он обеспечивает доступ к SCADA с любого компьютера из любой точки мира, независимо от аппаратной платформы, типа канала связи, операционной системы и используемого веб-навигатора.

Экономическая эффективность

Экономическую эффективность SCADA можно определить как отношение экономического эффекта от ее внедрения к общей сумме затрат на внедрение и поддержание системы в работоспособном состоянии. На экономическую эффективность в конечном счете влияют практически все свойства SCADA, однако в первую очередь можно выделить следующие:

  • масштабируемость (возможность применения как для больших, так и для малых систем);
  • модульность. Модульность позволяет сделать заказную комплектацию системы в зависимости от поставленной задачи. Типовыми модулями могут быть, например, модуль ввода-вывода, модуль визуализации, модуль алармов, модуль трендов, модуль отчетов, модуль коммерческого учета энергоресурсов и др.;
  • стоимость обслуживания;
  • условия обновления версий;
  • надежность поставщика, наличие опыта практического применения;
  • стоимость обучения;
  • стоимость технической поддержки;
  • методы ценообразования.

Общим недостатком универсальных SCADA является их низкая экономическая эффективность при использовании для решения простых задач. Несмотря на то, что цена SCADA-пакетов существенно снижается при уменьшении количества доступных пользователю тегов и набора модулей, остается высокой цена технической поддержки. Также дорогой (трудоемкой) остается адаптация универсальной SCADA к конкретной задаче. Поэтому ряд фирм предлагают более узкоспециализированные, но достаточно простые в настройке микро-SCADA с сокращенной функциональностью.

9.4.3. Программное обеспечение

В настоящее время наиболее распространенными отечественными универсальными SCADA являются MasterSCADA (ИнСАТ, www.masterscada.ru), Trace Mode (AdAstrA Research Group, Ltd, www.adastra.ru), Круг-2000 (НПФ "КРУГ", www.krug2000.ru) и САРГОН (НВТ-Автоматика, nvt.msk.ru). Все системы удовлетворяют основным требованиям к SCADA, описанным выше, и успешно конкурируют с зарубежными аналогами. Ниже мы рассмотрим отличительные особенности двух наиболее известных пакетов: MasterSCADA и Trace Mode.

MasterSCADA

Система MasterSCADA фирмы ИнСАТ [Аблин ] предназначена для создания полномасштабных систем автоматизации в различных отраслях промышленности. Основной ее особенностью является объектный подход , использованный на уровне описания системы при ее настройке на конкретный объект автоматизации. Например, цех, участок, технологический блок и физическое устройство при создании проекта с помощью MasterSCADA рассматриваются как отдельные объекты. Для каждого объекта создается свое описание на технологическом языке программирования. Описание включает в себя свойства объекта и документы объекта. Свойствами могут быть период опроса, способ линеаризации датчика, диапазон входных сигналов. Документами объекта являются его изображение, мнемосхема, график изменения переменных и т. п. Любой документ в системе относится к некоторому объекту. Такой подход позволяет легко размножать один раз созданные объекты, что повышает скорость настройки SCADA на задачу пользователя.

К признакам объектного подхода относится также возможность наследования всех настроек от "родительских" объектов. Это означает, что в MasterSCADA нет необходимости вводить настройки для каждого типа объектов "с нуля". Можно использовать наследование этих настроек от родительского объекта, изменив в них только те параметры, которые отличают родителя от потомка.

Созданные объекты можно копировать с целью многократного использования. При копировании объекта сохраняются все связанные с ним документы и свойства. Связи с внешними источниками и приемниками данных восстанавливаются после копирования, если в системе имеются такие источники или свободные приемники данных (физические устройства). Это позволяет пополнять библиотеку объектов вновь созданными экземплярами и использовать объекты, созданные другими разработчиками.

Trace Mode

SCADA-система Trace Mode 6 фирмы AdAstrA состоит из инструментальной системы и набора исполнительных модулей. В состав Trace Mode 6 входят также средства управления бизнес-процессами производственного предприятия.

Для увеличения скорости разработки проекта пользователя применяется оригинальная технология автопостроения. Автоматически в SCADA могут быть построены:

  • источники данных ПЛК и модулей ввода-вывода по известной конфигурации;
  • каналы по источникам данных;
  • связи каналов из редактора аргументов;
  • связи контроллер-сервер и сервер-сервер;
  • SQL-запросы;
  • связи с OPC-сервером;
  • связь с ODBC.

Автопостроение позволяет снизить количество ошибок, допускаемых пользователем при ручном создании проекта.

В пятой версии Trace Mode инструментальная система представлена в виде отдельных компонентов, в 6-ой использована интегрированная среда разработки.

В систему Trace M ode 6 включены пять языков программирования – Techno SFC, Techno LD, Techno FBD, Techno ST, и Techno IL, которые являются расширениями соответствующих языков стандарта МЭК 61131-3.

9.5. Заключение к главе "Программное обеспечение"

Основными тенденциями развития программного обеспечения для средств автоматизации являются максимальное упрощение процесса программирования и обеспечение открытости инструментальных средств. Конечной целью является предоставление потребителю возможности построения качественной системы автоматизации в максимально короткий срок.

Долгий период неопределенности в средствах программирования ПЛК и SCADA пакетов завершился принятием общепризнанного стандарта МЭК 61131-3 и созданием на его основе инструментальных средств программирования, которые поддерживаются фирмами, специализирующимися на программном обеспечении.

Существенный вклад в открытость систем автоматизации внес стандарт OPC, обеспечивший системным интеграторам широчайший выбор аппаратного обеспечения, совместимого с любыми стандартными SCADA пакетами, а разработчикам контроллерного оборудования - расширение рынков сбыта.

Термин “SCADA” имеет двоякое толкование. Наиболее широко распространено понимание SCADA как приложения , то есть программного комплекса, обеспечивающего выполнение указанных функций, а также инструментальных средств для разработки этого программного обеспечения.

Однако, часто под SCADA-системой подразумевают программно-аппаратный комплекс . Подобное понимание термина SCADA более характерно для раздела телеметрия.

История развития SCADA

Значение термина SCADA претерпело изменения 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 в связи с тем, что всё большая часть функций автоматического управления решается не аппаратными, а программными средствами, термин SCADA больше используется для обозначения только программной части человеко-машинного интерфейса АСУ ТП.

Основные задачи, решаемые SCADA-системами

  • Обмен данными с “устройствами связи с объектом”, (то есть с промышленными контроллерами и платами ввода/вывода) в реальном времени через драйверы.
  • Обработка информации в реальном времени.
  • Логическое управление.
  • Отображение информации на экране монитора в удобной и понятной для человека форме.
  • Ведение базы данных реального времени с технологической информацией.
  • Аварийная сигнализация и управление тревожными сообщениями.
  • Подготовка и генерирование отчетов о ходе технологического процесса.
  • Осуществление сетевого взаимодействия между SCADA-станциями (компьютерами).
  • Обеспечение связи с внешними приложениями (СУБД, электронные таблицы, текстовые процессоры и т. д.).

SCADA-системы позволяют разрабатывать АСУ ТП в клиент-серверной или в распределённой архитектуре.

Основные компоненты SCADA

SCADA-система обычно содержит следующие подсистемы:

  • или серверы ввода-вывода - программы, обеспечивающие связь SCADA с промышленными контроллерами, счётчиками, АЦП и другими устройствами ввода-вывода информации.
  • Система реального времени - программа, обеспечивающая обработку данных в пределах заданного временного цикла с учетом приоритетов.
  • (HMI, англ. Human Machine Interface )- инструмент, который представляет данные о ходе процесса человеку оператору, что позволяет оператору контролировать процесс и управлять им.
  • для разработки человеко-машинного интерфейса.
  • Система логического управления - программа, обеспечивающая исполнение пользовательских программ (скриптов) логического управления в SCADA-системе. Набор редакторов для их разработки.
  • База данных реального времени - программа, обеспечивающая в режиме реального времени.
  • - программа или подсистема, обеспечивающая автоматический контроль технологических событий, отнесение их к категории нормальных, предупреждающих или аварийных, а также обработку событий оператором или компьютером.
  • Генератор отчетов - программа, обеспечивающая создание пользовательских отчетов о технологических событиях. Набор редакторов для их разработки.
  • Внешние интерфейсы - стандартные интерфейсы обмена данными между SCADA и другими приложениями. Обычно OPC.

Концепции систем


Термин SCADA обычно относится к централизованным системам контроля и управления всей системой, или комплексами систем, осуществляемого с участием человека. Большинство управляющих воздействий выполняется автоматически RTU или ПЛК.

Непосредственное управление процессом обычно обеспечивается RTU или PLC, а SCADA управляет режимами работы.

Например, PLC может управлять потоком охлаждающей воды внутри части производственного процесса, а SCADA система может позволить операторам изменять уставки для потока, менять маршруты движения жидкости, заполнять те или иные ёмкости, а также следить за тревожными сообщениями (алармами ), такими как - потеря потока и высокая температура, которые должны быть отображены, записаны, и на которые оператор должен своевременно реагировать.

Цикл управления с обратной связью проходит через RTU или ПЛК, в то время как SCADA система контролирует полное выполнение цикла.

Сбор данных начинается в контроллере и включает показания измерительного прибора. Далее данные собираются и форматируются наглядным способом в виде интерактивных мнемосхем, таблиц с понятными значениями, которые приняты в этой системе.

Если все сделано правильно, то оператор диспетчерской может принять контролирующие решения - корректировать или прервать стандартное управление средствами контроллера.

Данные могут также быть записаны в для построения трендов и другой аналитической обработки накопленных данных.