Системы сбора данных и оперативного диспетчерского управления (SCADA-системы)

Термин Supervisory Control And Data Acquisition System (Система сбора данных и оперативного диспетчерского управления), или SCADA-система появился в конце 80-х гг. XX в. одновременно с первыми попытками использования персональных компьютеров с установленными на них графическими приложениями в качестве пультов операторов.

Первые SCADA-системы были разработаны для операционных систем DOS или Unix и обладали достаточно скромными возможностями как в силу аппаратных ограничений оборудования, так и графических возможностей операционных систем. Широкое распространение SCADA-системы получили одновременно с появлением графических интерфейсов, таких, как Windows 3.11, X-Windows, Phantom, и аппаратного обеспечения, позволяющего достичь требуемой скорости выполнения процессов в многозадачных режимах.

Причина появления SCADA-систем как средств для разработки ПО верхнего уровня аналогична причинам появления таких систем, как Borland Delphi и других визуальных систем программирования. Их основная задача – снять с разработчиков ПО рутинную и, по сути, бесполезную нагрузку по описанию стандартных интерфейсов и функций. При этом следует понимать, что использование SCADA-систем не предполагает снижения требований к уровню квалификации разработчика, как это пытаются представить.

Следует различать системы MMI (Man Machine Interface) и SCADA, поскольку и те и другие успешно развиваются независимо друг от друга, занимая различные ниши на рынке устройств HMI (Human Machine Interface).

Системы MMI фактически представляют собой локальные пульты управления отдельными устройствами или технологическими установками, оснащенные алфавитно-цифровыми экранами и клавиатурами или графическими, как правило сенсорными, экранами.

В большинстве случаев устройство MMI реализовано с использованием специализированного контроллера и его программная часть не предполагает дальнейшей модификации или изменения.

В то же время, SCADA-системы предполагают использование стандартных персональных компьютеров и операционных систем, используются для автоматизации процесса управления большими технологическими процессами, в которых задействуется большое число исполнительных устройств и технологических установок, а также поддерживают возможность реализации распределенных приложений (использования нескольких пультов операторов).

Четко провести границу между MMI- и SCADA-системами невозможно вследствие существования систем сквозного программирования, в которых часто отсутствует разграничение между средствами разработки ПО для различных уровней системы управления.

Отсутствие единого стандарта, описывающего назначение и функцио-нальный состав SCADA-систем, и различие трактовок самого термина «SCADA» затрудняют классификацию и сравнение систем данного класса.

Можно выделить следующие основные группы SCADA-систем:

SCADA-системы, разработанные производителями контроллеров;

SCADA-системы, разработанные независимыми производителями;

SCADA-системы составные части систем сквозного программирования.

Задачей производителя контроллерного оборудования при разработке собственной SCADA-системы является предоставление конечному пользователю средства для разработки приложений визуализации при использовании контроллеров этого производителя.

Можно выделить следующие основные черты таких систем:

интерфейс этих систем повторяет интерфейс средств написания ПО для контроллерного оборудования;

компоненты SCADA-системы оптимизированы для работы с данными, получаемыми от контроллерного оборудования конкретного производителя;

интерфейсы обмена данными с оборудованием других производителей реализованы слабо, либо их использование затруднено.

Классическим примером такой системы служит Siemens WinCC. Использование таких фирменных систем, с одной стороны, позволяет минимизировать затраты на обучение специалистов по разработке ПО, но с другой – жестко привязывает и разработчика, и конечного пользователя системы к конкретному производителю или даже к конкретной линейке оборудования одного производителя.

Кроме того, ряд производителей контроллерного оборудования были вынуждены разработать собственные SCADA-системы в маркетинговых целях, не обеспечив свои программные продукты необходимым уровнем поддержки и сопровождения.

SCADA-системы независимых производителей являются наиболее гибкими средствами для создания приложений визуализации и управления технологическими процессами. К их достоинствам можно отнести поддержку большого числа функций по созданию децентрализованных и распределенных систем управления, а также возможность интеграции в одной системе оборудования различных, в том числе конкурирующих, производителей.

Для обмена данными с исполнительным оборудованием такие системы используют программные серверы ввода-вывода, реализующие интерфейсы DDE или OPC. Распространенность таких SCADA-систем, а также необходимость соответствия стандартам на средства автоматизации привела к тому, что все разработчики контроллерного оборудования имеют собственные программные OPC- или DDE-серверы, которые поставляются в комплекте с оборудованием либо под заказ.

Поскольку система сквозного программирования предполагает разработку операторских станций как составной части системы управления, то в ней всегда присутствуют отдельные компоненты SCADA-системы. Однако поскольку вся система функционирует как единое целое, то эти компоненты могут также являться составными частями других модулей системы сквозного программирования или же в программном продукте бывает невозможно выделить SCADA-систему в чистом виде.

Таким системам присущи те же достоинства и недостатки, что и SCADA-системам, разработанным производителями контроллеров с учетом двух основных отличий:

у SCADA-систем, которые являются составными частями систем сквозного программирования, практически отсутствует возможность стыковки с программными и аппаратными средствами других производителей;

роль SCADA-системы в таких приложениях ограничивается разработкой графического интерфейса.

Состав и структура SCADA-систем

Состав и структура SCADA-систем

Обычно SCADA-системы состоят из двух отдельных наборов программных продуктов: среды разработки и среды исполнения.

Средой разработки называют тот набор, при помощи которого проектируется и настраивается среда визуализации технологического процесса.

Среда исполнения – это тот набор программных продуктов, который необходим для работы проекта программы визуализации технологического процесса на операторской станции.

Отдельного рассмотрения заслуживает вопрос взаимодействия среды разработки и среды исполнения при одновременной работе с одним проектом разработчика и оператора:

1. Изменения, вносимые разработчиком, вступают в силу немедленно.

2. Среда исполнения отражает внесенные изменения по мере их обнаружения в исходном коде проекта.

3. Изменения отражаются в среде исполнения при перезагрузке или принудительно.

Реализация первого типа взаимодействия позволяет достаточно наглядно и эффектно демонстрировать возможности продукта на коммерческих презентациях и поэтому иногда реализуется в конечных программных продуктах. Однако при работе с реальными проектами существует потенциальная опасность исчезновения части графического интерфейса или динамического перемещения элементов управления. В связи с этим наибольшее распространение получили второй и третий тип взаимодействия или их сочетание.

Можно выделить следующие основные части SCADA-системы:

модуль графического отображения;

система аварийной и предупредительной сигнализации;

модуль архивирования параметров технологического процесса.

Тэг SCADA-системы – это объект для хранения значения параметра технологического процесса и его свойств. Иногда тэги неправильно называют «переменными». В то же время, понятие тэга наиболее близко к определению класса в объектных языках программирования.

Модуль графического отображения реализует графический интерфейс проекта. Как правило, графический интерфейс представляет собой набор экранных форм с размещенными на них графическими элементами. Задача создания экранной формы сводится к размещению графических элементов на экранных формах и заданию их свойств.

В процессе вызова, отображения и закрытия экранных форм, при щелчках мышью на графических объектах, изменении свойств или значений отдельных тэгов возникает необходимость осуществления вычислений или действий, для чего в SCADA-системах существует обработчик сценариев. Сценарии в некоторых системах также называют «макросами» или «скриптами».

Большинство сценариев SCADA-систем, реализующих графический интерфейс автоматизированных рабочих мест операторов, являются обработчиками щелчков мышью на графических элементах.

Для написания сценариев SCADA-системы различных производителей предлагают один или несколько языков. Системы, разрабатываемые производителями контроллеров или входящие в состав систем сквозного программирования, как правило, предлагают для написания сценариев те же языки программирования, что и для написания программного обеспечения контроллеров. SCADA-системы независимых производителей часто предлагают для реализации сценариев специализированные макроязыки

Использование языков программирования общего назначения позволяет реализовывать сложные пользовательские интерфейсы и нестандартные методы работы с данными благодаря доступу к дополнительным библиотекам и прикладному интерфейсу программ.

В то же время, разработчику в любом случае приходится изучать библиотеки функций для работы с компонентами SCADA-системы, аналогично тому, как изучаются макроязыки, а реализуемый код может быть потенциально опасен или наследовать ошибки сторонних библиотек функций.

Система аварийной и предупредительной сигнализации (Alarm System) предназначена для извещения оператора о выходе значения параметра технологического процесса за допустимые пределы. Как правило, для каждого технологического параметра можно задать 2 типа уставок, по которым будет происходить извещение: соответственно аварийную и предупредительную уставки.

В зависимости от возможностей системы данные уставки задаются по одному или нескольким критериям:

Выход за допустимый диапазон. В этом случае разделяют: верхнюю и нижнюю предупредительные уставки и верхнюю и нижнюю аварийные уставки.

Отклонение от номинала на некоторое значение. Выделяют минимально и максимально допустимые отклонения от заданного значения.

Задание максимально допустимой скорости изменения значения параметра технологического процесса. Значения уставок допустимого диапазона задаются в абсолютных единицах измерения, а значения отклонения от номинала и скорости изменения могут задаваться как в абсолютных единицах, так и в процентах от текущего или заданного значения.

В связи с тем, что для одного технологического процесса количество параметров, для которых заданы аварийные и предупредительные уставки, может быть велико, в SCADA-системах существует возможность объединять контролируемые технологически параметры в группы, а также задавать уровень приоритета для каждой уставки.

Основная задача модуля архивирования – обеспечение возможности вывода на экран монитора графиков значений технологических параметров (Trends) за относительно короткий период, а также построение простых отчетов. Модуль архивирования значений SCADA-системы должен обеспечивать следующие функции:

архивирование значений в локальную базу данных с заданной периодичностью или по изменению;

при архивировании значений по факту изменения – возможность задания зоны нечувствительности для архивирования;

задание ограничения на размер локальной базы данных;

задание времени хранения значений;

проведение регламентных работ по удалению устаревших или самых ранних значений при превышении времени хранения или размера базы в автоматическом режиме;

наличие интерфейса для построения графиков архивных значений и их просмотра;

наличие системы экспорта значений параметра за указанный период в виде таблицы значений.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Что такое SCADA системы

Наверняка многие слышали термин «автоматизированная система управления», АСК. Слова «автоматизированная система» говорят нам о том что в управлении принимает участие человек, в отличии от автоматической системы управления, где человек не участвует в процессе управления системой. Современные реалии таковы, что на данный момент нет возможности полностью заменить людской труд на машинный. Насколько умной не были бы наши производства, всё равно они требуют присмотра и контроля.

Именно поэтому при разработке АСК используют два уровня управления:

Нижний уровень

Непрерывное регулирование технологических параметров (температуры, давления, и т.д.) и программно-логическое управление разными механизмами (задвижками, клапанами, двигателями, конвейерами и т.д.). Сегодня базой нижнего уровня являются программируемые логические контроллеры ( Programmable Logical controller )

Верхний уровень АСУ

Супервизорный уровень, или SCADA

( Supervisory Control And Data Acquisition ), супервизорный контроль и сбор данных.

Так же его могут называть HMI ( Human-machine interface ), человеко-машинный интерфейс или HMI/SCADA.

Супервизорное управление состоит в идентификации ситуации на объекте и выдачи заданий на нижний уровень.

HMI/SCADA – промышленное программное обеспечение, которое реализует обмен данными с контроллером, а так же взаимодействие между лицом, принимающим решение и непосредственно системой управления.

SCADA-система должна обеспечивать следующие функции:

Немного подробнее о каждой из функций:

Человеко-машинный интерфейс (HMI)

Человеко-машинный интерфейс в SCADA-системах реализуется в виде мнемосхем. На мнемосхемах отображается основное оборудование, сигналы, состояние регулирующих органов и другие части системы. Мнемосхемы могут отражать как общую картину состояния системы, технологического процесса, так и состояние отдельных агрегатов, устройств, значения параметров и т. п. HMI система может иметь несколько десятков окон с мнемосхемами, трендами, алармами и т. д. Оператор может переключаться между ними и работать с тем или иным элементом технологического процесса, то есть с той или иной мнемосхемой. Мнемосхема – основной посредник при передаче информации от системы оператору или инженеру.

Качественно разработанная мнемосхема может сильно повлиять на эффективность работы производства. Грамотная визуализация производственного процесса уменьшает время, необходимое пользователю для реакции на события, происходящие в системе и позволяет получить инструмент для удобного и своевременное управления всей установкой, линией, цехом. Так же глядя на качественную мнемосхему даже незнакомый с производством человек сможет быстро понять и осознать суть происходящих в ней процессов. Таким образом можно с лёгкостью обучать новый персонал и снизить нагрузку на операторов технологических процессов.

Сбор и хранение данных

Одна из важнейших функций SCADA. Обмен данными осуществляется через полевую шину. Полевая шина состоит из интерфейса (аппаратная, физическая часть шины) и протокола (программная часть, логика обмена информацией). Таким образом компьютер с установленной SCADA должен иметь соответствующие порты и поддерживать протоколы обмена данных с помощью которых «общается» контроллер, установленный на нижнем уровне системы.

SCADA собирает данные со всех контроллеров и устройств нижнего уровня и хранит их в одном месте столько времени, сколько необходимо. Такой подход обеспечивает удобный доступ к информации о процессах в системе и возможность её дальнейшего анализа для улучшения эффективности работы производства в целом. Доступ к информации, которую собирает SCADA могут иметь только пользователи, которым такой доступ разрешен. То есть руководитель может видеть всю картину производства, а его подчинённые только то, что необходимо для выполнения их непосредственных обязанностей.

Отображение данных и оповещения

Функция, не менее важная чем Человеко-машинный интерфейс и сбор и хранение данных.

После того как мы собрали все данные в одном месте и сохранили их нам нужно научится выделять из данных непосредственно информацию. Одним из наиболее удобных для восприятия методов подачи информации являются тренды.

Помимо трендов, SCADA должна сообщать о важных событиях, которые происходят в системе: аварии, или предаварийные значения параметров, изменения задания необходимой величины параметров и т.д. Возможно, есть необходимость периодического напоминания о каком-то событии оператору. Для этого существует световая и звуковая сигнализация и возможность оповещения пользователей по смс, e-mail или другими необходимыми способами.

Ведение журнала событий

Как было упомянуто ранее, в системе происходят какие-то события. Это могут быть как непредвиденные аварийные ситуации, так и стандартные, обычные события (вход операторов в систему, изменение заданий и т.п.). Оператор обязан прореагировать на аварийные события согласно инструкции, которая так же может быть сразу же предоставлена SCADA-системой. Все события архивируются системой и в случае необходимости могут быть просмотрены и использованы во время анализа. SCADA- система ведёт учёт всех подобных действий и событий. В случае необходимости можно посмотреть, кто был на смене в тот или иной период времени, какие были совершены действия, когда и как долго длилась авария)

Эта функция системы позволяет увеличить производственную дисциплину и проанализировать эффективность работы персонала и самой системы.

Разграничение прав пользователей

SCADA система предусматривает ее использование несколькими пользователями с разными полномочиями.

Любой пользователь при входе в систему должен пройти авторизацию. Это помогает фиксировать время выхода на смену операторов и защищает систему от несанкционированного доступа.

Соответственно, каждый пользователь должен видеть только ту информацию, которая необходима ему для работы. Например, директору не интересно и не важно какая сейчас температура в котле или давление в конкретному участке трубопровода но его интересует конечный результат и анализ общей эффективности работы котла за последнюю неделю или месяц. А оператору нижнего уровня не нужно знать какой рецепт нового продукта придумали технологи из другого отдела чтобы поддерживать необходимую температуру в своём котле. В случае если всё-таки есть необходимость показывать всю информацию всем пользователям системы, то можно просто запретить персоналу нижнего уровня менять глобальные настройки системы, а оставить это право только руководству.

Все эти функции позволяют избежать неприятных последствий безграмотности либо неосторожности персонала.

Система отчётов

SCADA-система должна формировать отчёты в виде таблиц, графиков, диаграмм и т.д. Некоторые системы имеют встроенную систему отчётности, но зачастую для этого используется MS Excel. На этапе разработки системы пользователь сам может выбрать удобную для него форму предоставления отчётов по необходимым для него параметрам и в последствии получать всю информацию «в один клик». Данные в SCADA на 100% достоверны так как исключают человеческий фактор. Система отчётности позволяет выбирать только самую необходимую информацию и делать на основании неё правильные выводы касательно работы производства что в свою очередь приводит к оптимизации и улучшению эффективности работы.

Скрипты

При разработке SCADA-системы возникает необходимость расширения нестастандартных задач. Для создания пользовательских функций есть возможность написания скриптов.

Для написания пользовательских скриптов в SCADA-системах используются наиболее популярные языки программирования. Возможности таких языков практически безграничны поэтому и уровень задач, решаемых с помощью таких скриптов, может быть абсолютно разный. С помощью скриптов можно создавать уникальные решения для любых объектов управления либо систем. Таким образом базовый функционал системы можно расширять практически неограниченно в зависимости от потребностей заказчика. С использованием скриптов можно модернизировать уже существующую систему в случае необходимости.

Итак, для чего нужна SCADA система:

Для экономии денег и для увеличения эффективности работы.

Благодаря чему это достигается:

Источник

SCADA

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

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 термин SCADA больше используется для обозначения только программной части человеко-машинного интерфейса АСУ ТП.

Содержание

Основные задачи, решаемые SCADA-системами

SCADA-системы решают следующие задачи:

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

Основные компоненты SCADA

SCADA—система обычно содержит следующие подсистемы:

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 уста 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 RTU или на уровне PLC и включает — показания измерительного прибора. Далее данные собираются и форматируются таким способом, чтобы оператор диспетчерской, используя HMI мог принять контролирующие решения — корректировать или прервать стандартное управление средствами RTU/ПЛК. Данные могут также быть записаны в архив для построения трендов и другой аналитической обработки накопленных данных.

WebSCADA

Под термином WebSCADA, как правило, понимается реализация человеко-машинного интерфейса (HMI) SCADA-систем на основе web-технологий.

Это позволяет осуществлять контроль и управление SCADA-системой через стандартный браузер, выступающего в этом случае в роли тонкого клиента.

Архитектура таких систем включает в себя WebSCADA-сервер и клиентские терминалы — ПК, КПК или мобильные телефоны с Web-браузером. Подключение клиентов к WebSCADA-серверу через Internet/Intranet позволяет им взаимодействовать с прикладной задачей автоматизации как с простой web или WAP-страницей. Однако на данном этапе развития WebSCADA ещё не достигло уровня широкого промышленного внедрения, так как существуют сложности с защитой передаваемой информации. Кроме этого, реализация функций управления через незащищенные каналы связи противоречит соображениям безопасности любого промышленного объекта. В связи с этим, в большинстве случаев Web-интерфейсы используются в качестве удаленных клиентов для контроля и сбора данных.

Уязвимость

Источник