Системи за събиране на данни и експлоатационен контрол (SCADA системи)

Терминът Система за надзорен контрол и събиране на данни или SCADA система се появява в края на 80 -те години. XX век. едновременно с първите опити за използване на персонални компютри с графични приложения, инсталирани на тях като операторски конзоли.

Първите SCADA системи са разработени за операционни системи DOS или Unix и имат доста скромни възможности, както поради хардуерните ограничения на хардуера, така и графичните възможности на операционните системи. SCADA системите станаха широко разпространени едновременно с появата на графични интерфейси, като Windows 3.11, X-Windows, Phantom и хардуер, който ви позволява да постигнете необходимата скорост на изпълнение на процесите в многозадачни режими.

Причината за появата на SCADA системи като инструменти за разработване на софтуер от най-високо ниво е подобна на причините за появата на системи като Borland Delphi и други системи за визуално програмиране. Тяхната основна задача е да облекчат разработчиците на софтуер от рутината и всъщност безполезната тежест да описват стандартните интерфейси и функции. В същото време трябва да се разбере, че използването на SCADA системи не предполага намаляване на изискванията за квалификацията на разработчика, както се опитват да си представят.

Разграничете системите MMI (Man Machine Interface) и SCADA, тъй като и двамата успешно се развиват независимо един от друг, заемайки различни ниши на пазара на устройства HMI (човешки машинен интерфейс).

MMI системите всъщност са локални контролни панели за отделни устройства или технологични инсталации, оборудвани с буквено -цифрови екрани и клавиатури или графични, обикновено сензорни екрани.

В повечето случаи устройството MMI се изпълнява с помощта на специален контролер и неговата софтуерна част не предполага никакви допълнителни модификации или промени.

В същото време SCADA системите включват използването на стандартни персонални компютри и операционни системи, използват се за автоматизиране на процеса на управление на големи технологични процеси, в които участват голям брой изпълнителни устройства и технологични единици, а също така поддържат възможността за внедряване на разпределени приложения (използвайки няколко операторски конзоли) …

Невъзможно е да се очертае ясно границата между системите MMI и SCADA поради наличието на системи за програмиране от край до край, в които често няма разлика между инструментите за разработка на софтуер за различни нива на системата за управление.

Липсата на единен стандарт, описващ предназначението и функционалния състав на SCADA системите, и разликата в тълкуванията на самия термин „SCADA“ усложняват класификацията и сравнението на системите от този клас.

Могат да се разграничат следните основни групи SCADA системи:

• SCADA системи, разработени от производители на контролери;

• SCADA системи, разработени от независими производители;

• SCADA системите са компоненти на системите за програмиране от край до край.

Задачата на производителя на контролерно оборудване при разработването на собствена SCADA система е да предостави на крайния потребител инструмент за разработване на приложения за визуализация при използване на контролери от този производител.

Могат да се разграничат следните основни характеристики на такива системи:

• интерфейсът на тези системи повтаря интерфейса на средствата за писане на софтуер за оборудването на контролера;

• Компонентите на системата SCADA са оптимизирани за работа с данни, получени от контролерно оборудване на конкретен производител;

• Интерфейсите за обмен на данни с оборудване на други производители са лошо внедрени или използването им е трудно.

Класически пример за такава система е Siemens WinCC… Използването на такива патентовани системи, от една страна, свежда до минимум разходите за обучение на специалисти по разработка на софтуер, но от друга страна, тя строго обвързва както разработчика, така и крайния потребител на системата с конкретен производител или дори с конкретна линия оборудване от един производител.

Освен това редица производители на контролерно оборудване бяха принудени да разработят свои собствени SCADA системи за маркетингови цели, без да предоставят на своите софтуерни продукти необходимото ниво на поддръжка и поддръжка.

SCADA системите на трети страни са най-гъвкавите инструменти за създаване на приложения за визуализация и управление на процеси. Техните предимства включват поддръжка на голям брой функции за създаване на децентрализирани и разпределени системи за управление, както и възможност за интегриране на оборудване от различни, включително конкурентни, производители в една система.

За обмен на данни с изпълнително оборудване такива системи използват софтуерни I / O сървъри, които реализират DDE или OPC интерфейси. Разпространението на такива SCADA системи, както и необходимостта от спазване на стандартите за инструменти за автоматизация, доведоха до факта, че всички разработчици на оборудване за контролери имат свои собствени Софтуерни сървъри OPC или DDE, които се доставят в комплект с оборудване или по поръчка.

Тъй като системата за програмиране от край до край включва разработването на операторски станции като неразделна част от системата за управление, тя винаги съдържа отделни компоненти на системата SCADA. Въпреки това, тъй като цялата система функционира като едно цяло, тези компоненти могат да бъдат и съставни части на други модули от системата за програмиране от край до край, или може да е невъзможно да се раздели системата SCADA в чистата й форма в софтуерен продукт .

Такива системи имат същите предимства и недостатъци като SCADA системите, разработени от производителите на контролери, като се вземат предвид две основни разлики:

• SCADA системите, които са неразделна част от системите за програмиране от край до край, практически нямат оперативна съвместимост със софтуер и хардуер от други производители;

• ролята на SCADA системата в такива приложения е ограничена до разработването на графичен интерфейс.

Състав и структура на SCADA системите

Състав и структура на SCADA системите

Обикновено SCADA системите се състоят от два отделни набора софтуерни продукти: среда за разработка и среда за изпълнение.

Среда за развитие се нарича съвкупността, с която се проектира и конфигурира средата за визуализация на технологичния процес.

Среда по време на работа — това е набор от софтуерни продукти, които са необходими за работата по проекта на програмата за визуализация на технологичния процес в операторската станция.

Отделно трябва да се разгледа въпросът за взаимодействието между средата за разработка и средата по време на работа по време на работа със същия проект на разработчика и оператора:

1. Промените, направени от разработчика, влизат в сила незабавно.

2. Времето за изпълнение отразява направените промени, както са намерени в изходния код на проекта.

3. Промените се отразяват по време на изпълнение при рестартиране или принудително.

Прилагането на първия тип взаимодействие дава възможност да се демонстрират доста ясно и ефективно възможностите на продукта в търговски презентации и затова понякога се прилага в крайните софтуерни продукти. При работа с реални проекти обаче съществува потенциална опасност от изчезване на част от графичния интерфейс или динамично движение на контролите. В тази връзка най -широко разпространени са вторият и третият тип взаимодействие или тяхната комбинация.

Следните основни части на системата SCADA могат да бъдат разграничени:

• база от тагове;

• модул за графичен дисплей;

• скриптов процесор;

• алармена и предупредителна система;

• модул за архивиране на параметрите на технологичния процес.

SCADA системен маркер Е обект за съхраняване на стойността на параметър на технологичния процес и неговите свойства. Понякога етикетите се наричат ​​неправилно „променливи“. В същото време концепцията за етикет е най -близо до дефиницията на клас в езиците за обектно програмиране.

Модулът за графичен дисплей реализира графичния интерфейс на проекта. По правило графичният интерфейс е набор от екранни форми с графични елементи, поставени върху тях. Задачата за създаване на екран се свежда до поставяне на графични елементи върху екранни форми и настройка на техните свойства.

В процеса на извикване, показване и затваряне на екранни форми, при щракване върху графични обекти, промяна на свойства или стойности на отделни тагове, се налага извършването на изчисления или действия, за които има скриптов двигател… Скриптите също се наричат ​​»макроси» или «скриптове» в някои системи.

Повечето скриптове на SCADA системи, които реализират графичния интерфейс на автоматизирани работни станции на оператори, са манипулатори на кликвания на мишката върху графични елементи.

За скриптове SCADA системите от различни производители предлагат един или повече езици. Системите, разработени от производителите на контролери или като част от системите за програмиране от край до край, обикновено предлагат същите езици за програмиране за скриптове, както и за писане софтуер за контролер… SCADA системите на трети страни често предлагат специализирани макро езици за скриптове.

Използването на езици за програмиране с общо предназначение ви позволява да внедрите сложни потребителски интерфейси и нестандартни методи за работа с данни чрез достъп до допълнителни библиотеки и API.

В същото време разработчикът във всеки случай трябва да изучава библиотеки с функции за работа с компоненти на SCADA-системата, по същия начин, по който се изучават макроезиците, а внедреният код може да бъде потенциално опасен или да наследи грешки от трети страни библиотеки с функции.

Алармена система е предназначена да уведомява оператора за стойността на параметъра на процеса извън допустимите граници. По правило за всеки технологичен параметър могат да бъдат зададени 2 типа настройки, според които ще се появи известието: съответно, аварийни и предупредителни настройки.

В зависимост от възможностите на системата, тези настройки се задават според един или няколко критерия:

• Извън обхват. В този случай има: горни и долни предупредителни стойности и горни и долни алармени стойности.

• Отклонение от номинала с някаква стойност. Разпределете минималните и максимално допустимите отклонения от зададената стойност.

• Задаване на максимално допустимата скорост на промяна на стойността на параметъра на процеса. Стойностите на допустимите настройки на диапазона са посочени в абсолютни единици, а отклонението от номиналната и скоростта на промяна може да бъде посочено както в абсолютни единици, така и като процент от текущата или зададената стойност.

Поради факта, че за един технологичен процес броят на параметрите, за които са зададени аварийните и предупредителните зададени стойности, може да бъде голям, в SCADA системите е възможно да се комбинират технологично контролираните параметри в групи, както и да се зададе нивото на приоритет за всяка зададена точка.

Основната задача модул за архивиране — осигуряване на възможност за показване на графики на технологични параметри (Тенденции) на екрана на монитора за относително кратък период, както и изграждане на прости отчети.Модулът за архивиране на стойностите на SCADA системата трябва да предоставя следните функции:

• архивиране на стойности в локална база данни с определена честота или промяна;

• при архивиране на стойности при промяна — възможност за задаване на мъртва зона за архивиране;

• задаване на ограничение за размера на локалната база данни;

• задаване на времето за съхранение на стойности;

• извършване на рутинна поддръжка за премахване на остарели или най -ранни стойности, когато времето за съхранение или размерът на базата данни са надвишени в автоматичен режим;

• наличие на интерфейс за изграждане на графики на архивни стойности и преглед на тях;

• наличност на система за експортиране на стойности на параметри за посочения период под формата на таблица със стойности.