В начало

Общая характеристика SCADA-систем (Тема)

 

SCADA-система (Supervisory Control And Date Acquisition – система сбора данных и оперативно­го диспетчерского управления) разрабатывалась как универсальное многофункци­ональное программное обеспечение систем верхнего уровня, позволяющее опера­тивному персоналу наиболее эффективно управлять технологическим процессом. По мере развития программных и аппаратных средств наблюдается применение SCADA-систем на нижнем, контроллерном, уровне.

Система SCADA состоит из инструментального и исполнительного комплекса. Ин­струментальный комплекс предназначен для разработки ПО автоматизированных рабочих мест (АРМ) технолога, оператора, диспетче­ра и др. Исполнительный комплекс реализует разработанное ПО в опреде­ленной операционной среде.

Диспетчерское управление и сбор данных является наиболее перспективным методом автомати­зированного управления сложными динамическими системами (процесса­ми) в жизненно важных и критичных с точки зрения безопасности и на­дежности областях. Интерес к пробле­мам построения высокоэффективных и высоконадежных систем диспет­черского управления и сбора данных резко возрос за последние 10–20 лет. 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. Анализ большинства аварий и происшествий в авиации, наземном и водном транспорте, промышленности и энергетике показал, что если в 60-х гг. прошлого столетия ошибка человека являлась первоначальной причиной лишь 20 % инцидентов (80 % – за технологическими неис­правностями и отказами), то в 90-х гг. доля «человеческого фактора» воз­росла до 80 %. Это послужило толчком к разработке SCADA-систем.

Система SCADA – процесс сбора информации в режиме «реального времени» с удаленных точек контроля технологического объекта для анализа и управле­ния этим объектом. Требование обработки в режиме «реального времени» обу­словлено необходимостью быстрой доставки (выдачи) всех необходимых событий (сообщений) и данных на рабочую станцию оператора (диспетчера).

Можно выделить пять функций человека-оператора в системе диспетчер­ского управления, в которых оператор:

·        Планирует, какие следующие действия необходимо выполнить;

·        Обучает (программирует) компьютерную систему на после-дующие действия;

·        Отслеживает результаты 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).

Основными особенностями процесса управления в современных дис­петчерских системах являются следующие:

·        Процесс SCADA применяется в системах, в которых обязательно наличие человека (оператора, диспетчера);

·        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 функции, выполняемые практически любым СППО АСУ ТП, созданным на базе представленных на рынке промышленной автоматизации SCADА-систем:

·        Сбор данных о параметрах процесса, поступающих от контроллеров или непо­средственно от датчиков и исполнительных устройств (значения температуры, давления и других параметров, положение клапана или вала исполнительного меха­низма);

·        Обработка и хранение (архивирование) полученной информации. Под обработкой информации понимается выполнение функций фильтрации, нормализации, масштабирования, линеаризации и других для приведения данных к нужному формату;

·        Графическое представление в цифровой, символьной или иной форме информа­ции о ходе технологического процесса. Это может быть представление значений переменных в виде графиков в функции времени (трендов), гистограмм и др.;

·        Сигнализация изменений хода технологического процесса, особенно в предаварийных и аварийных ситуациях в виде системы алармов. При этом может осуществляться регистрация действий обслуживающего персонала в аварийных си­туациях;

·        Формирование сводок, журналов и других отчетных документов о ходе технологического процесса на основе информации, собранной в архивах;

·        Формирование команд оператора по изменению параметров настройки и режи­ма работы контроллеров, исполнительных устройств (пуск-останов, открытие-закрытие и других функции);

·        Автоматическое управление ходом технологического процесса в соответствии с имеющимися в SCADA-системах алгоритмами управления (ПИД-регулирование, позиционное, нечеткое регулирование и др.). Данные функции обычно выполняются контроллерами, SCADA-системы рекомендуется использовать для решения задач невысокого быстродействия.

Таким образом, SCADA-системы являются мощным инструментом для разработ­ки СППО диспетчерского уровня АСУ ТП. При этом от разработчика не требуется больших знаний в области программирования на языках высокого уровня.

Наиболее распространенные, на сегодняшний день, SCADA-системы представлены в табл. 3.4.

При таком многообразии SCADA-продуктов на российском рынке естественно возникает вопрос об их выборе. Выбор SCADA-системы представляет собой достаточно трудную задачу, аналогичную поиску оптимального решения в условиях многокритериальности.

Таблица 1. SCADA-системы

Наименование

Фирма-производитель

1

InTouch

«Wonderware», США

2

Genesis32

«Iconics», США

3

iFIX

«Intellution», США

4

Trace Mode

«AdAstra», Россия

5

Real Flex

«BJ Software Systems (BJSS)», США

6

Cimplicity

«GE Fanuc», США – Япония

7

WinCC

«Siemens», Германия

8

Citect

«CI Technology», Австралия

9

IMAGE

«Numpha Soft», Финляндия – Россия

10

MasterSCADA

«ИнСАТ», Россия

11

VNS

«ИнСАТ», Россия

12

КРУГ 2000

«КРУГ», Россия

13

WizFactory

«PC Soft International Inc.»,
США – Израиль

14

Elipse Windows

«Elipse Software LTDA», Бразилия

15

Genie 3.0

«Advantech», Тайвань

16

MOSCAD

«Motorola», США

17

CKAT-M

«Центрпрограммсистем», Россия

18

КАСКАД

АО «Элара», Россия

19

VIORD microSCADA

«ФИОРД», Россия

20

Phocus

«Jade Software»

21

МИКСИС (MIKSys)

«МИФИ», Россия

 

Ниже приводится примерный перечень критериев оценки SCADA-систем, которые в первую очередь должны интересовать пользователя. В нем можно выделить три большие группы показателей:

·        Технические характеристики;

·        Стоимостные характеристики;

·        Эксплуатационные характеристики.

При выборе SCADA-систем необходимо провести анализ программно-аппаратных платформ для них. 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 большинстве SCADA-систем этот вопрос решен по-разному. Так, FactoryLink имеет весьма широкий список поддерживаемых программно-аппаратных платформ, приведенных
в табл. 3.5.

 

Таблица 2. Программно-аппаратные платформы для SCADA-систем

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 Windows/NT, реализованные, в основном, на РС-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. Большинство разработчиков приоритетным считают дальнейшее развитие своих SCADA-систем на платформе Windows NT. Некоторые фирмы, до сих пор поддерживающие 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 на фоне все ускоряющегося сворачивания активности в области MS DOS, MS Windows 3.xx/95,98.

При выборе SCADA-систем необходимо провести анализ имеющихся в них средств 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.

При выборе SCADA-систем необходимо учитывать, имеет ли выбираемая система встроенные командные языки (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.

Большое значение имеет условие независимости SCADA-системы от типа базы данных, 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.

Для специалиста-разработчика системы автоматизации, так же 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.

Система является открытой, если для нее определены и описаны используемые форматы данных и процедурный интерфейс, что позволяет подключить к ней «внешние», независимо разработанные компоненты. 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.

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 разработку драйвера нужно заказывать у фирмы-разработчика.

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 (нет необходимости разрабатывать программы с использованием языков С или Basic).

При оценке стоимости SCADA-систем нужно учитывать следующие факторы:

·        Стоимость программно-аппаратной платформы;

·        Стоимость системы;

·        Стоимость освоения системы;

·        Стоимость сопровождения.

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 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.

 

Шрифт ККМ АМС-100К
Шрифт ККМ АМС-100К


3 месяца - Xbox Live Gold
3 месяца - Xbox Live Gold


Remember Me
Remember Me