В начало

Основные требования к SCADA-системам и их возможности (Лекция)

 

ПЛАН ЛЕКЦИИ

1.      Основные требования к SCADA-системам

2.      Основные возможности современных SCADA-пакетов

3.      Тенденции развития аппаратных и программных средств SCADA-систем

4.      Диспетчерские пункты управления

5.      Операционные системы

6.      Прикладное программное обеспечение

 

1. Основные требования к SCADA-системам

К SCADA-системам предъявляются следующие основные требования:

1)      надежность системы;

2)      безопасность управления;

3)      открытость, как с точки зрения подключения различного контроллерного оборудования, так и коммуникации с другими программами;

4)      точность обработки и представления данных, создание богатых возможностей для реализации графического интерфейса;

5)      простота расширения системы;

6)      использование новых технологий.

7)      Требования безопасности и надежности управления в SCADA-системах включают:

8)      никакой единичный отказ оборудования не должен вызвать выдачу ложного выходного воздействия (команды) на объект управления;

9)      никакая единичная ошибка оператора не должна вызвать выдачу ложного выходного воздействия (команды) на объект управления;

10)  все операции по управлению должны быть интуитивно- понятными и удобными для оператора (диспетчера).

 

2. Основные возможности современных SCADA-пакетов

Исходя из требований, которые предъявляются к SCADA-системам, большинству современных пакетов присущи следующие основные возможности:

1)      Автоматизированная разработка, позволяющая создавать ПО системы автоматизации без реального программирования.

2)      Средства сбора и хранения первичной информации от устройств нижнего уровня.

3)      Средства обработки первичной информации.

4)      Средства управления и регистрации сигналов об аварийных ситуациях.

5)      Средства хранения информации с возможностью ее постобработки (как правило, реализуется через интерфейсы к наиболее популярным базам данных).

6)      Средства визуализации информации в виде графиков, гистограмм и т.п.

 

3. Тенденции развития аппаратных и программных средств SCADA-систем

3.1. Общие тенденции

Прогресс в области информационных технологий обусловил развитие всех 3-х основные структурных компонент систем диспетчерского управления и сбора данных - RTU, MTU и CS, что позволило значительно увеличить их возможности; так, число контролируемых удаленных точек в современной SCADA-системе может достигать 100 000 и более. На настоящий момент значение данного параметра практически не имеет ограничений.

Основная тенденция развития технических средств (аппаратного и программного обеспечения) SCADA - миграция в сторону полностью открытых систем. Открытая архитектура позволяет независимо выбирать различные компоненты системы от различных производителей; в результате - расширение функциональных возможностей, облегчение обслуживания и снижение стоимости SCADA-систем.

 

3.2. Удаленные терминалы

Главная тенденция развития удаленных терминалов (RTU) - увеличение скорости обработки и повышение их интеллектуальных возможностей. Современные терминалы строятся на основе микропроцессорной техники, работают под управлением операционных систем реального времени, при необходимости объединяются в сеть, непосредственно или через сеть взаимодействуют с интеллектуальными электронными датчиками объекта управления и компьютерами верхнего уровня.

Конкретная реализация RTU зависит от области применения. Для индустриальных и транспортных систем существует два конкурирующих направления в технике RTU - промышленные компьютеры и программируемые логические контроллеры (в русском переводе часто встречается термин «промышленные контроллеры») - PLC.

Промышленные компьютеры представляют собой, как правило, программно-совместимые с обычными коммерческими персональными компьютерами машины, но адаптированные для жестких условий эксплуатации - буквально для установки на производстве, в цехах, газокомпрессорных станциях и т.п. Адаптация относится не только к конструктивному исполнению, но и к архитектуре и схемотехнике, т.к. изменения температуры окружающей среды приводят к дрейфу электрических параметров.

В качестве операционной системы в промышленных РС, работающих в качестве удаленных терминалов, все чаще начинает применяться Windows NT, в том числе различные расширения реального времени, специально разработанные для этой операционной системы. Наиболее известными поставщиками промышленных компьютеров являются американские фирмы Xycom, Octagon Systems и тайваньские Advantech, Axiom.

Промышленные контроллеры (PLC) представляют собой специализированные вычислительные устройства, предназначенные для управления процессами (объектами) в реальном времени. Промышленные контроллеры имеют вычислительное ядро и модули ввода-вывода, принимающие информацию (сигналы) с датчиков, переключателей, преобразователей и контроллеров и осуществляющие управление процессом или объектом путем выдачи управляющих сигналов на приводы, клапаны, переключатели и другие исполнительные устройства. Современные PLC часто объединяются в сеть с помощью промышленных (индустриальных) шин (сетей), а программные средства, разрабатываемые для них, позволяют в удобной для оператора форме программировать и управлять ими или непосредственно, или через компьютер, находящийся на верхнем уровне SCADA-системы - диспетчерском пункте управления (MTU). Исследование рынка PLC показало, что наиболее развитыми архитектурой, программным обеспечением и функциональными возможностями обладают контроллеры фирм Siemens, Fanuc Automation, Allen-Bradley, Mitsubishi.

Много материалов и исследований по промышленной автоматизации посвящено конкуренции двух направлений - РС и PLC; каждый из авторов приводит большое количество доводов «за» и «против» по каждому направлению. Тем не менее, можно выделить основную тенденцию: там, где требуется повышенная надежность и управление в жестком реальном времени, применяются PLC. В первую очередь это касается применений в системах жизнеобеспечения (например, водоснабжение, электроснабжение), транспортных системах, энергетических и промышленных предприятиях, представляющих повышенную экологическую опасность. Индустриальные РС применяются преимущественно в менее критичных областях.

3.3. Каналы связи

Каналы связи для современных диспетчерских систем отличаются большим разнообразием. Выбор конкретного решения зависит от архитектуры системы, расстояния между диспетчерским пунктом (MTU) и RTU, числа контролируемых точек, требований по пропускной способности и надежности канала, наличия доступных коммерческих линий связи.

Тенденцией развития CS как структурного компонента SCADA-систем можно считать использование не только выделенных каналов связи, но также и корпоративных компьютерных сетей и специализированных промышленных сетей (индустриальных шин). В современных промышленных, энергетических и транспортных системах большую популярность завоевали промышленные сети - специализированные быстродействующие каналы связи, позволяющие эффективно решать задачу надежности и помехоустойчивости соединений на разных иерархических уровнях автоматизации.

 

4. Диспетчерские пункты управления

Главной тенденцией развития MTU является переход большинства разработчиков SCADA-систем на архитектуру «клиент-сервер», состоящую из 4-х функциональных компонент:

-         User (Operator) Interface (интерфейс пользователя/оператора) - исключительно важная составляющая систем SCADA. Для нее характерны:

а) стандартизация интерфейса пользователя вокруг нескольких платформ;

б) все более возрастающее влияние Widows;

в) использование стандартного графического интерфейса пользователя (GUI);

г) технология объектно-ориентированного программирования;

д) стандартные средства разработки приложений, наиболее популярные среди которых, - Visual Basic for Applications (VBA), Visual C++;

е) появление вариантов программного обеспечения класса SCADA/HMI для широкого спектра задач. Объектная независимость позволяет интерфейсу пользователя представлять виртуальные объекты, созданные другими системами. Результат - расширение возможностей по оптимизации HMI-интерфейса.

-         Data Management (управление данными) - отход от узкоспециализированных баз данных в сторону поддержки большинства корпоративных реляционных баз данных (Microsoft SQL, Oracle). Эта независимость данных изолирует функции доступа и управления данными от целевых задач SCADA, что позволяет легко разрабатывать дополнительные приложения по анализу и управлению данными.

-         Networking & Services (сети и службы) - переход к использованию стандартных сетевых технологий и протоколов. Службы сетевого управления, защиты и управления доступом, передачи почтовых сообщений, сканирования доступных ресурсов могут выполняться независимо от кода целевой программы SCADA.

-         Real-Time Servises (службы реального времени) - решают задачи реального и квазиреального времени. Данные службы управляют обменом информацией с RTU, осуществляют управление базой данных реального времени, оповещение о событиях, выполняют действия по управлению системой, передачу информации о событиях на интерфейс оператора.

 

5. Операционные системы

Рынок однозначно сделал выбор в пользу операционной системы Windows. Решающими для быстрого роста популярности Windows стала ее открытая архитектура и эффективные средства разработки приложений, что позволило многочисленным фирмам-разработчикам создавать программные продукты для решения широкого спектра задач.

Рост применения Windows в АСУ обусловлен в значительной степени появлением ряда программных продуктов, которые являются расширениями Windows для реального времени (например, RTX).

Следует отметить, что в SCADA-системах требование жесткого реального времени (т.е. способность отклика/обработки событий в четко определенные, гарантированные интервалы времени) относится, как правило, только к удаленным терминалам; в диспетчерских пунктах (MTU) происходит обработка/управление событиями (процессами, объектами) в режиме «мягкого» (квази-) реального времени.

 

6. Прикладное программное обеспечение

Ориентация на открытые архитектуры при построении систем диспетчерского управления и сбора данных позволяет разработчикам этих систем сконцентрироваться непосредственно на целевой задаче SCADA - сбор и обработка данных, мониторинг, анализ событий, управление, реализация HMI-интерфейса.

В последнее время на рынке появилось большое количество программных продуктов класса SCADA/HMI, позволяющих решать специфические задачи по управлению технологическими процессами, выходящие за рамки целевой задачи SCADA, такие как задачи автоматизации для дискретного производства, отдельных производственных процессов, автоматизации с использованием новейших информационных технологий и др.

Наибольших успехов в этом направлении добились компании Intellution и Wonderware.

 

Epson XP215, XP313, XP315, XP413, XP415, Adjustment Pro
Epson XP215, XP313, XP315, XP413, XP415, Adjustment Pro


Дампы микросхем принтера Canon G2400 для сброса 5B00
Дампы микросхем принтера Canon G2400 для сброса 5B00


Adjustment Program Epson BX935FWD
Adjustment Program Epson BX935FWD