В начало

Общие понятия и структура SCADA-систем (Лекция)

 

ПЛАН ЛЕКЦИИ

1.      Введение

2.      Определение и общая структура SCADA

3.      Функциональная структура SCADA

4.      Особенности SCADA как процесса управления

 

1. Введение

В настоящее время SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition - диспетчерское управление и сбор данных) является наиболее перспективной технологией автоматизированного управления во многих отраслях промышленности.

В последние несколько десятилетий за рубежом резко возрос интерес к проблемам построения высокоэффективных и высоконадежных систем диспетчерского управления и сбора данных.

С одной стороны, это связано со значительным прогрессом в области вычислительной техники, программного обеспечения и телекоммуникаций, что увеличивает возможности и расширяет сферу применения автоматизированных систем.

С другой стороны, развитие информационных технологий, повышение степени автоматизации и перераспределение функций между человеком и аппаратурой обострило проблему взаимодействия человека-оператора с системой управления. Расследование и анализ большинства аварий и происшествий в промышленности и на транспортен, часть из которых привела к катастрофическим последствиям, показали, что, если в 60-х годах ХХ века ошибка человека являлась первоначальной причиной лишь 20 % инцидентов, то в 90-х годах доля «человеческого фактора» возросла до 80 %, причем, в связи с постоянным совершенствованием технологий и повышением надежности электронного оборудования и машин, доля эта может еще возрасти (рис.1).

 

Рис. 1. Тенденции причин аварий в сложных автоматизированных системах

 

Основной причиной таких тенденций является старый традиционный подход к построению АСУ, который применяется часто и в настоящее время: ориентация в первую очередь на применение новейших технических (технологических) достижений, стремление повысить степень автоматизации и функциональные возможности системы и, в то же время, недооценка необходимости построения эффективного человеко-машинного интерфейса (HMI - Human-Machine Interface), т.е. интерфейса, ориентированного на оператора.

Возникла необходимость применения нового подхода при разработке таких систем, а именно, ориентация в первую очередь на человека-оператора (диспетчера) и его задачи. Реализацией такого подхода и являются SCADA-системы, которые иногда даже называют SCADA/HMI.

Управление технологическими процессами на основе SCADA-систем стало осуществляться в передовых западных странах в 80-е годы ХХ века. В России переход к управлению на основе SCADA-систем стал осуществляться несколько позднее, в 90-е годы.

SCADA-системы наилучшим образом применимы для автоматизации управления непрерывными и распределенными процессами, какими являются нефтегазовые технологические процессы. Кроме нефтяной и газовой промышленности, SCADA-системы применяются в следующих областях:

-                                        управление производством, передачей и распределением электроэнергии;

-                                        промышленное производство;

-                                        водозабор, водоочистка и водораспределение;

-                                        управление космическими объектами;

-                                        управление на транспорте (все виды транспорта: авиа, метро, железнодорожный, автомобильный, водный);

-                                        телекоммуникации;

-                                        военная область.

В мире насчитывается не один десяток компаний, активно занимающихся разработкой и внедрением SCADA-систем. Программные продукты многих из этих компаний представлены на российском рынке. Кроме того, в России существуют компании, которые занимаются разработкой отечественных SCADA-систем.

 

2. Определение и общая структура SCADA

SCADA - это процесс сбора информации реального времени с удаленных объектов для обработки, анализа и возможного управление этими объектами.

В SCADA-системах в большей или меньшей степени реализованы основные принципы, такие, как работа в режиме реального времени, использование значительного объема избыточной информации (высокая частота обновления данных), сетевая архитектура, принципы открытых систем и модульного исполнения, наличие запасного оборудования, работающего в «горячем резерве» и др.

Все современные SCADA-системы включают три основных структурных компонента (рис.2).

Рис. 2. Основные структурные компоненты SCADA-системы

 

Remote Terminal Unit (RTU) - удаленный терминал, осуществляющий обработку задачи (управление) в режиме реального времени.

Системы реального времени бывает двух типов: системы жесткого реального времени и системы мягкого реального времени.

Системы жесткого реального времени не допускают никаких задержек

Спектр воплощения 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 конкретным применением. Использование устройств низкоуровневой обработки информации позволяет снизить требования к пропускной способности каналов связи с центральным диспетчерским пунктом.

Master Terminal Unit (MTU) - диспетчерский пункт управления (главный терминал); осуществляет обработку данных и управление высокого уровня, как правило, в режиме мягкого реального времени. Одна из основных функций - обеспечение интерфейса между человеком-оператором и системой. MTU может быть реализован в самом разнообразном виде - от одиночного компьютера с дополнительными устройствами подключения к каналам связи до больших вычислительных систем и/или объединенных в локальную сеть рабочих станций и серверов.

Communication System (CS) - коммуникационная система (каналы связи), необходима для передачи данных с удаленных точек (объектов, терминалов) на центральный интерфейс оператора-диспетчера и передачи сигналов управления на RTU.

 

3. Функциональная структура SCADA

В названии SCADA присутствуют две основные функции, возлагаемые на системы этого класса:

-                                           сбор данных о контролируемом процессе;

-                                           управление технологическим процессом, реализуемое ответственными лицами на основе собранных данных и правил (критериев), выполнение которых обеспечивает наибольшую эффективность технологического процесса.

SCADA-системы обеспечивают выполнение следующих функций:

1.      Прием информации о контролируемых технологических параметрах от контроллеров нижних уровней и датчиков.

2.      Сохранение принятой информации в архивах.

3.      Обработка принятой информации.

4.      Графическое представление хода технологического процесса, а также принятой и архивной информации в удобной для восприятия форме.

5.      Прием команд оператора и передача их в адрес контроллеров нижних уровней и исполнительных механизмов.

6.      Регистрация событий, связанных с контролируемым технологическим процессом и действиями персонала, ответственного за эксплуатацию и обслуживание системы.

7.      Оповещение эксплуатационного и обслуживающего персонала об обнаруженных аварийных событиях, связанных с контролируемым технологическим процессом и функционированием программно-аппаратных средств АСУТП с регистрацией действий персонала в аварийных ситуациях.

8.      Формирование сводок и других отчетных документов на основе архивной информации.

9.      Обмен информацией с автоматизированной системой управления предприятием.

10.  Непосредственное автоматическое управление технологическим процессом в соответствии с заданными алгоритмами.

Данный перечень функций, выполняемых SCADA-системами, не является абсолютно полным, более того, наличие некоторых функций и объем их реализации сильно варьируется от системы к системе.

 

4. Особенности SCADA как процесса управления

 Существует два типа управления удаленными объектами в SCADA-системах: автоматическое и инициируемое оператором системы.

Процесс управления в современных SCADA-системах имеет следующие особенности:

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

        процесс SCADA был разработан для систем, в которых любое неправильное воздействие может привести к отказу объекта управления или даже катастрофическим последствиям;

        оператор несет, как правило, общую ответственность за управление системой, которая при нормальных условиях только изредка требует подстройки параметров для достижения оптимальной производительности;

        активное участие оператора в процессе управления происходит нечасто и в непредсказуемые моменты времени, обычно в случае наступления критических событий (отказы, нештатные ситуации и пр.);

        действия оператора в критических ситуациях могут быть жестко ограничены по времени (несколькими минутами или даже секундами).

 

Подписка на 14 дней
Подписка на 14 дней


City Car Driving
City Car Driving


Буст лайков (Commend Bot) в CS:GO
Буст лайков (Commend Bot) в CS:GO