Systémy sběru dat a řízení provozu (SCADA systémy)

Koncem 80. let se objevil termín Supervisory Control and Data Acquisition System neboli SCADA systém. XX století. současně s prvními pokusy používat osobní počítače s nainstalovanými grafickými aplikacemi jako operátorské konzole.

První SCADA systémy byly vyvinuty pro operační systémy DOS nebo Unix a měly spíše skromné ​​možnosti, a to jak kvůli hardwarovým omezením hardwaru, tak kvůli grafickým možnostem operačních systémů. SCADA systémy se rozšířily současně s výskytem grafických rozhraní, jako jsou Windows 3.11, X-Windows, Phantom a hardware, který umožňuje dosáhnout potřebné rychlosti provádění procesů v režimech multitaskingu.

Důvod pro vznik SCADA systémů jako nástrojů pro vývoj softwaru na nejvyšší úrovni je podobný jako důvody pro vznik systémů jako Borland Delphi a dalších vizuálních programovacích systémů.Jejich hlavním úkolem je zbavit vývojáře softwaru rutinního a vlastně zbytečného břemene popisování standardních rozhraní a funkcí. Zároveň je třeba chápat, že použití SCADA systémů neznamená snížení požadavků na kvalifikaci vývojáře, jak se snaží představit.

Rozlišujte systémy MMI (rozhraní člověk-stroj) a SCADA, protože se oba úspěšně vyvíjely nezávisle na sobě a zaujímaly různé mezery na trhu zařízení HMI (Human Machine Interface).

Systémy MMI jsou vlastně lokální ovládací panely pro jednotlivá zařízení nebo technologické instalace, vybavené alfanumerickými obrazovkami a klávesnicemi nebo grafickými, zpravidla dotykovými obrazovkami.

Ve většině případů je zařízení MMI implementováno pomocí speciálního ovladače a jeho softwarová část neznamená žádné dodatečné úpravy nebo změny.

SCADA systémy zároveň zahrnují využití standardních osobních počítačů a operačních systémů, slouží k automatizaci procesu řízení velkých technologických procesů, na kterých se podílí velké množství výkonných zařízení a technologických celků, a také podporují možnost implementace distribuovaných aplikací (pomocí více operátorských konzol) …

Není možné stanovit jasnou hranici mezi MMI a SCADA systémy kvůli existenci end-to-end programovacích systémů, ve kterých často není rozdíl mezi softwarovými vývojovými nástroji pro různé úrovně řídicího systému.

Neexistence jednotné normy popisující účel a funkční složení SCADA systémů a rozdílnost výkladů samotného pojmu „SCADA“ komplikuje klasifikaci a srovnání systémů této třídy.

Lze rozlišit následující hlavní skupiny SCADA systémů:

• SCADA systémy vyvinuté výrobci kontrolérů;

• SCADA systémy vyvinuté nezávislými výrobci;

• SCADA systémy jsou součástí komplexních programovacích systémů.

Úkolem výrobce řídicího zařízení při vývoji vlastního SCADA systému je poskytnout koncovému uživateli nástroj pro vývoj vizualizačních aplikací s využitím řídicích jednotek tohoto výrobce.

Lze rozlišit následující hlavní charakteristiky takových systémů:

• rozhraní těchto systémů opakuje rozhraní prostředků pro zápis softwaru pro zařízení řadiče;

• Komponenty SCADA systému jsou optimalizovány pro práci s daty přijatými z řídicích zařízení konkrétního výrobce;

• Rozhraní pro výměnu dat se zařízeními jiných výrobců jsou špatně implementována nebo se obtížně používají.

Klasickým příkladem takového systému je Siemens WinCC… Použití takovýchto proprietárních systémů na jedné straně minimalizuje náklady na školení specialistů na vývoj softwaru, na druhé straně však striktně váže vývojáře i koncového uživatele systému ke konkrétnímu výrobci nebo dokonce ke konkrétnímu řada zařízení od jednoho výrobce.

Řada výrobců řídicích zařízení byla navíc nucena vyvíjet vlastní SCADA systémy pro marketingové účely, aniž by svým softwarovým produktům poskytovali požadovanou úroveň podpory a údržby.

SCADA systémy třetích stran jsou nejflexibilnějšími nástroji pro vytváření aplikací pro vizualizaci procesů a řízení. Mezi jejich přednosti patří podpora velkého množství funkcí pro vytváření decentralizovaných a distribuovaných řídicích systémů a také možnost integrovat zařízení od různých, včetně konkurenčních výrobců do jednoho systému.

Pro výměnu dat s výkonným zařízením používají takové systémy softwarové I/O servery, které implementují rozhraní DDE nebo OPC. Rozšíření takových systémů SCADA, stejně jako potřeba dodržovat standardy automatizačních nástrojů, vedly k tomu, že všichni vývojáři řídicích zařízení mají své vlastní Softwarové servery OPC nebo DDE, které jsou dodávány kompletní s vybavením nebo na zakázku.

Protože systém programování typu end-to-end zahrnuje vývoj operátorských stanic jako nedílnou součást řídicího systému, obsahuje vždy samostatné komponenty SCADA systému. Protože však celý systém funguje jako celek, mohou být tyto komponenty také komponentami jiných modulů end-to-end programovacího systému, nebo může být nemožné oddělit SCADA systém v jeho čisté podobě do softwarového produktu.

Takové systémy mají stejné výhody a nevýhody jako SCADA systémy vyvinuté výrobci kontrolérů, přičemž se berou v úvahu dva hlavní rozdíly:

• SCADA systémy, které jsou nedílnou součástí end-to-end programovacích systémů, nemají prakticky žádnou interoperabilitu se softwarem a hardwarem jiných výrobců;

• role SCADA systému v takových aplikacích je omezena na vývoj grafického rozhraní.

Složení a struktura SCADA systémů

Složení a struktura SCADA systémů

Typicky se systémy SCADA skládají ze dvou samostatných sad softwarových produktů: vývojové prostředí a prováděcí prostředí.

Vývojové prostředí se nazývá soubor, se kterým se navrhuje a konfiguruje prostředí pro vizualizaci technologického procesu.

Prostředí při práci — jedná se o soubor softwarových produktů, které jsou nezbytné pro práci na projektu programu pro vizualizaci technologického procesu na stanovišti operátora.

Samostatně by měla být zvážena otázka interakce mezi vývojovým prostředím a runtime prostředím během práce se stejným projektem vývojáře a operátora:

1. Změny provedené vývojářem se projeví okamžitě.

2. Runtime odráží změny provedené ve zdrojovém kódu projektu.

3. Změny se projeví za běhu při restartu nebo vynucení.

Implementace prvního typu interakce umožňuje zcela jasně a efektivně demonstrovat schopnosti produktu v komerčních prezentacích, a proto je někdy implementován do finálních softwarových produktů. Při práci s reálnými projekty však hrozí potenciální nebezpečí chybějící části grafického rozhraní nebo dynamického pohybu ovládacích prvků. V tomto ohledu je nejrozšířenější druhý a třetí typ interakce nebo jejich kombinace.

Lze rozlišit následující hlavní části systému SCADA:

• základna značky;

• modul grafického displeje;

• skriptový procesor;

• poplašný a výstražný systém;

• modul pro archivaci parametrů technologického procesu.

Značka SCADA systému Je objektem pro uložení hodnoty parametru technologického procesu a jeho vlastností. Štítky se někdy nesprávně nazývají „proměnné“. Koncept štítku je přitom nejblíže definici třídy v objektově orientovaných programovacích jazycích.

Modul grafického zobrazení implementuje grafické rozhraní projektu. Grafické rozhraní je zpravidla sada obrazovkových formulářů, na kterých jsou umístěny grafické prvky. Úkol vytvoření obrazovky se redukuje na umístění grafických prvků na tvary obrazovky a nastavení jejich vlastností.

V procesu volání, zobrazování a zavírání obrazovkových formulářů, při klikání na grafické objekty, změně vlastností nebo hodnot jednotlivých tagů je nutné provádět výpočty nebo akce, pro které existují skriptovací stroj… Skripty se v některých systémech také nazývají „makra“ nebo „skripty“.

Většina skriptů SCADA systému, které implementují grafické rozhraní automatizovaných operátorských pracovních stanic, jsou ovladače kliknutí myší na grafické prvky.

Pro skripty nabízejí systémy SCADA od různých výrobců jeden nebo více jazyků. Systémy vyvinuté výrobci ovladačů nebo jako součást komplexních programovacích systémů obvykle nabízejí stejné programovací jazyky pro skriptování jako pro psaní. software ovladače… Systémy SCADA třetích stran často nabízejí specializované makro skriptovací jazyky.

Použití univerzálních programovacích jazyků umožňuje implementovat složitá uživatelská rozhraní a nestandardní metody práce s daty pomocí přístupu k dalším knihovnám a rozhraním API.

Zároveň musí vývojář v každém případě studovat knihovny funkcí pro práci s komponentami SCADA systému, stejně jako se studují makro jazyky, a implementovaný kód může být potenciálně nebezpečný nebo může zdědit chyby z funkcí třetích stran. knihovny .

Bezpečnostní systém je určena k upozornění obsluhy na hodnotu procesního parametru mimo přípustné meze. Zpravidla lze u každého technologického parametru nastavit 2 typy nastavení, podle kterých se bude upozornění zobrazovat: resp. nouzové a varovné nastavení.

V závislosti na možnostech systému se tato nastavení nastavují podle jednoho nebo více kritérií:

• Mimo dosah. V tomto případě existují: horní a dolní varovné hodnoty a horní a dolní alarmové hodnoty.

• Odchylka od nominální hodnoty nějaké hodnoty. Rozdělte minimální a maximální povolené odchylky od nastavené hodnoty.

• Nastavení maximální dovolené rychlosti změny hodnoty procesního parametru. Hodnoty nastavení přípustného rozsahu jsou specifikovány v absolutních jednotkách a odchylka od nominální hodnoty a rychlosti změny může být specifikována jak v absolutních jednotkách, tak v procentech aktuální nebo požadované hodnoty.

Vzhledem k tomu, že pro jeden technologický proces může být počet parametrů, pro které se nastavují havarijní a varovné hodnoty, velký, je ve SCADA systémech možné slučovat technologicky řízené parametry do skupin, stejně jako nastavit úroveň priority pro libovolné nastavený bod.

Hlavním úkolem záložní modul — poskytování možnosti zobrazení grafů technologických parametrů (Trendů) na obrazovce monitoru na relativně krátkou dobu a také vytváření jednoduchých reportů Modul pro archivaci hodnot SCADA systému by měl poskytovat následující funkce:

• archivace hodnot v lokální databázi s určitou frekvencí nebo změnou;

• při archivaci hodnot při změně — možnost nastavit mrtvou zónu pro archivaci;

• nastavit limit velikosti lokální databáze;

• nastavení času pro uložení hodnot;

• provádět běžnou údržbu k odstranění zastaralých nebo nejstarších hodnot, když je v automatickém režimu překročena doba uložení nebo velikost databáze;

• dostupnost rozhraní pro vytváření grafů archivních hodnot a jejich prohlížení;

• dostupnost systému pro export hodnot parametrů za zadané období ve formě tabulky hodnot.