Systémy zberu dát a riadenia prevádzky (SCADA systémy)

Koncom 80-tych rokov sa objavil pojem dozorný systém kontroly a získavania údajov alebo systém SCADA. XX storočia. súčasne s prvými pokusmi použiť osobné počítače s nainštalovanými grafickými aplikáciami ako operátorské konzoly.

Prvé SCADA systémy boli vyvinuté pre operačné systémy DOS alebo Unix a mali pomerne skromné ​​možnosti, a to z dôvodu hardvérových obmedzení hardvéru a grafických možností operačných systémov. Systémy SCADA sa rozšírili súčasne s objavením sa grafických rozhraní, ako sú Windows 3.11, X-Windows, Phantom a hardvér, ktorý vám umožňuje dosiahnuť potrebnú rýchlosť vykonávania procesov v režimoch multitaskingu.

Dôvod vzniku SCADA systémov ako nástrojov na vývoj softvéru najvyššej úrovne je podobný dôvodom vzniku systémov ako Borland Delphi a iných vizuálnych programovacích systémov.Ich hlavnou úlohou je odbremeniť vývojárov softvéru od rutinného a skutočne zbytočného bremena popisovania štandardných rozhraní a funkcií. Zároveň treba chápať, že používanie SCADA systémov neznamená zníženie požiadaviek na kvalifikáciu vývojára, ako si to snažia predstaviť.

Rozlišujte systémy MMI (rozhranie človek-stroj) a SCADA, keďže sa obe úspešne rozvíjali nezávisle od seba a zaberajú rôzne medzery na trhu zariadení HMI (Human Machine Interface).

Systémy MMI sú vlastne lokálne ovládacie panely pre jednotlivé zariadenia alebo technologické inštalácie, vybavené alfanumerickými obrazovkami a klávesnicami alebo grafickými, spravidla dotykovými obrazovkami.

Vo väčšine prípadov je zariadenie MMI implementované pomocou špeciálneho ovládača a jeho softvérová časť neznamená žiadne dodatočné úpravy alebo zmeny.

SCADA systémy zároveň zahŕňajú využitie štandardných osobných počítačov a operačných systémov, využívajú sa na automatizáciu procesu riadenia veľkých technologických procesov, do ktorých je zapojené veľké množstvo výkonných zariadení a technologických celkov a tiež podporujú možnosť implementácia distribuovaných aplikácií (pomocou viacerých operátorských konzol) …

Jasnú hranicu medzi MMI a SCADA systémami nie je možné stanoviť z dôvodu existencie komplexných programovacích systémov, v ktorých často neexistuje rozdiel medzi nástrojmi na vývoj softvéru pre rôzne úrovne riadiaceho systému.

Chýbajúca jednotná norma popisujúca účel a funkčné zloženie systémov SCADA a rozdielnosť vo výkladoch samotného pojmu „SCADA“ komplikuje klasifikáciu a porovnávanie systémov tejto triedy.

Je možné rozlíšiť tieto hlavné skupiny systémov SCADA:

• SCADA systémy vyvinuté výrobcami regulátorov;

• SCADA systémy vyvinuté nezávislými výrobcami;

• SCADA systémy sú súčasťou komplexných programovacích systémov.

Úlohou výrobcu zariadenia regulátora pri vývoji vlastného SCADA systému je poskytnúť koncovému užívateľovi nástroj na vývoj vizualizačných aplikácií s použitím regulátorov tohto výrobcu.

Je možné rozlíšiť tieto hlavné charakteristiky takýchto systémov:

• rozhranie týchto systémov opakuje rozhranie prostriedkov na písanie softvéru pre riadiace zariadenia;

• Komponenty SCADA systému sú optimalizované na prácu s údajmi prijatými z riadiacich zariadení konkrétneho výrobcu;

• Rozhrania na výmenu údajov so zariadeniami od iných výrobcov sú zle implementované alebo sa ťažko používajú.

Klasickým príkladom takéhoto systému je Siemens WinCC… Používanie takýchto proprietárnych systémov na jednej strane minimalizuje náklady na školenie špecialistov na vývoj softvéru, no na druhej strane striktne viaže vývojára aj koncového používateľa systému na konkrétneho výrobcu alebo dokonca na konkrétneho výrobcu. rad zariadení od jedného výrobcu.

Okrem toho bolo množstvo výrobcov riadiacich zariadení nútených vyvíjať vlastné SCADA systémy na marketingové účely bez toho, aby svojim softvérovým produktom poskytovali požadovanú úroveň podpory a údržby.

SCADA systémy tretích strán sú najflexibilnejšie nástroje na vytváranie aplikácií na vizualizáciu procesov a riadenie. Medzi ich výhody patrí podpora veľkého množstva funkcií pre vytváranie decentralizovaných a distribuovaných riadiacich systémov, ako aj možnosť integrácie zariadení od rôznych, vrátane konkurenčných výrobcov do jedného systému.

Na výmenu údajov s výkonnými zariadeniami takéto systémy používajú softvérové ​​I/O servery, ktoré implementujú rozhrania DDE alebo OPC. Rozšírenie takýchto systémov SCADA, ako aj potreba dodržiavať štandardy automatizačných nástrojov, viedli k tomu, že všetci vývojári riadiacich zariadení majú svoje vlastné Softvérové ​​servery OPC alebo DDE, ktoré sú dodávané kompletne s vybavením alebo na objednávku.

Keďže end-to-end programovací systém zahŕňa vývoj operátorských staníc ako integrálnej súčasti riadiaceho systému, obsahuje vždy samostatné komponenty SCADA systému. Keďže však celý systém funguje ako celok, tieto komponenty môžu byť aj komponentmi iných modulov end-to-end programovacieho systému, alebo môže byť nemožné oddeliť SCADA systém v jeho čistej forme na softvérový produkt.

Takéto systémy majú rovnaké výhody a nevýhody ako SCADA systémy vyvinuté výrobcami radičov, pričom sa berú do úvahy dva hlavné rozdiely:

• SCADA systémy, ktoré sú neoddeliteľnou súčasťou komplexných programovacích systémov, nemajú prakticky žiadnu interoperabilitu so softvérom a hardvérom od iných výrobcov;

• úloha SCADA systému v takýchto aplikáciách je obmedzená na vývoj grafického rozhrania.

Zloženie a štruktúra SCADA systémov

Zloženie a štruktúra SCADA systémov

Systémy SCADA sa zvyčajne skladajú z dvoch samostatných súborov softvérových produktov: vývojového prostredia a vykonávacieho prostredia.

Vývojové prostredie sa nazýva súbor, pomocou ktorého sa navrhuje a konfiguruje prostredie pre vizualizáciu technologického procesu.

Prostredie počas práce — ide o súbor softvérových produktov, ktoré sú potrebné pre prácu na projekte programu na vizualizáciu technologického procesu na stanovišti operátora.

Samostatne by sa mala zvážiť otázka interakcie medzi vývojovým prostredím a runtime prostredím počas práce s rovnakým projektom vývojára a operátora:

1. Zmeny vykonané vývojárom sa prejavia okamžite.

2. Runtime odráža vykonané zmeny tak, ako sa nachádzajú v zdrojovom kóde projektu.

3. Zmeny sa prejavia za behu pri reštarte alebo vynútení.

Implementácia prvého typu interakcie umožňuje celkom jasne a efektívne demonštrovať schopnosti produktu v komerčných prezentáciách, a preto sa niekedy implementuje do finálnych softvérových produktov. Pri práci s reálnymi projektmi však hrozí potenciálne nebezpečenstvo chýbajúcej časti grafického rozhrania alebo dynamického pohybu ovládacích prvkov. V tomto smere je najrozšírenejší druhý a tretí typ interakcie alebo ich kombinácia.

Je možné rozlíšiť tieto hlavné časti systému SCADA:

• základňa značky;

• modul grafického displeja;

• skriptový procesor;

• poplašný a varovný systém;

• modul na archiváciu parametrov technologického procesu.

Značka SCADA systému Je objektom na uloženie hodnoty parametra technologického procesu a jeho vlastností. Označenia sa niekedy nesprávne nazývajú „premenné“. Zároveň je koncept označenia najbližšie k definícii triedy v objektovo orientovaných programovacích jazykoch.

Modul grafického zobrazenia implementuje grafické rozhranie projektu. Grafické rozhranie je spravidla súbor obrazovkových formulárov, na ktorých sú umiestnené grafické prvky. Úloha vytvorenia obrazovky sa redukuje na umiestnenie grafických prvkov na tvary obrazovky a nastavenie ich vlastností.

V procese vyvolávania, zobrazovania a zatvárania obrazovkových formulárov, pri klikaní na grafické objekty, zmene vlastností alebo hodnôt jednotlivých značiek je potrebné vykonávať výpočty alebo akcie, pre ktoré existujú skriptovací stroj… Skripty sa v niektorých systémoch nazývajú aj „makrá“ alebo „skripty“.

Väčšina skriptov SCADA systému, ktoré implementujú grafické rozhranie automatizovaných pracovných staníc operátora, sú ovládače kliknutia myšou na grafické prvky.

Pre skripty ponúkajú SCADA systémy od rôznych výrobcov jeden alebo viac jazykov. Systémy vyvinuté výrobcami ovládačov alebo ako súčasť komplexných programovacích systémov zvyčajne ponúkajú rovnaké programovacie jazyky na skriptovanie ako na písanie. softvér ovládača… Systémy SCADA tretích strán často ponúkajú špecializované makro skriptovacie jazyky.

Používanie všeobecných programovacích jazykov vám umožňuje implementovať zložité používateľské rozhrania a neštandardné metódy práce s údajmi prostredníctvom prístupu k ďalším knižniciam a rozhraniam API.

Zároveň musí vývojár v každom prípade študovať knižnice funkcií pre prácu s komponentmi SCADA systému, rovnako ako sa študujú makrojazyky, a implementovaný kód môže byť potenciálne nebezpečný alebo môže zdediť chyby z funkcií tretích strán. knižnice .

Alarmový systém má za úlohu upozorniť obsluhu na hodnotu parametra procesu mimo prípustných limitov. Spravidla sa pre každý technologický parameter dajú nastaviť 2 typy nastavení, podľa ktorých sa bude upozornenie zobrazovať: núdzové a varovné nastavenia.

V závislosti od možností systému sa tieto nastavenia nastavujú podľa jedného alebo viacerých kritérií:

• Mimo rozsah. V tomto prípade existujú: horné a dolné hodnoty varovania a horné a dolné hodnoty alarmu.

• Odchýlka od nominálnej hodnoty nejakej hodnoty. Rozdeľte minimálne a maximálne povolené odchýlky od nastavenej hodnoty.

• Nastavenie maximálnej povolenej rýchlosti zmeny hodnoty procesného parametra. Hodnoty nastavení prípustného rozsahu sú špecifikované v absolútnych jednotkách a odchýlka od nominálnej hodnoty a rýchlosti zmeny môže byť špecifikovaná ako v absolútnych jednotkách, tak aj ako percento aktuálnej alebo požadovanej hodnoty.

Vzhľadom na to, že pre jeden technologický proces môže byť počet parametrov, pre ktoré sa nastavujú núdzové a varovné hodnoty, veľký, v SCADA systémoch je možné kombinovať technologicky riadené parametre do skupín, ako aj nastaviť úroveň priority pre ľubovoľné určiť si bod.

Hlavná úloha záložný modul — poskytovanie možnosti zobrazenia grafov technologických parametrov (Trendov) na obrazovke monitora na relatívne krátke obdobie, ako aj vytváranie jednoduchých reportov Modul na archiváciu hodnôt SCADA systému by mal poskytovať nasledovné funkcie:

• archivácia hodnôt v lokálnej databáze s určitou frekvenciou alebo zmenou;

• pri archivácii hodnôt pri zmene — možnosť nastaviť mŕtvu zónu pre archiváciu;

• nastaviť limit veľkosti lokálnej databázy;

• nastavenie času na uloženie hodnôt;

• vykonávať rutinnú údržbu s cieľom odstrániť zastarané alebo najskoršie hodnoty, keď sa prekročí čas uloženia alebo veľkosť databázy v automatickom režime;

• dostupnosť rozhrania na vytváranie grafov archívnych hodnôt a ich prezeranie;

• dostupnosť systému na export hodnôt parametrov za zadané obdobie vo forme tabuľky hodnôt.