Из этой статьи вы узнаете:

SCADA в нескольких простых словах и примерах

Система SCADA позволяет пользователю управлять производственным процессом, задавая параметры с панели управления, позволяет обнаруживать тревоги и информирует о них операторов, благодаря чему можно быстро реагировать на ошибки и нарушения. Более того, SCADA архивирует данные производственного процесса.

Место SCADA в производственном процессе

ПЛК выполняет операции управления в соответствии с программой на основе входных данных, т.е. данных, полученных от измерительных и исполнительных устройств. Затем он отправляет данные в систему SCADA, где они обрабатываются и архивируются.

На их основе создается визуализация, и с уровня SCADA оператор может не только наблюдать за состоянием производственного процесса, значениями конкретных выходов и аварийных сигналов, но также может устанавливать параметры процесса, выключать / включать процесс.

Чем SCADA отличается от HMI?

Функции и роли SCADA (диспетчерский контроль и сбор данных) и HMI (человеко-машинный интерфейс) могут показаться очень похожими. Тем не менее, они показывают различия как с точки зрения своих задач, так и с точки зрения применения.

SCADA и HMI различаются в основном уровнем развития и объемом работ. Панели HMI позволяют отображать данные от машин и настраивать рабочие параметры. Они представляют собой интерфейс между устройством и оператором.

HMI является важным компонентом системы SCADA, поскольку он используется для взаимодействия пользователя с оборудованием и управления всей системой. Без HMI было бы невозможно воспользоваться многими полезными функциями систем SCADA. С другой стороны, именно SCADA-система обеспечивает реальную функциональность.

В чем разница между SCADA и HMI:

Где можно использовать систему SCADA?

При принятии решения о внедрении SCADA главным критерием является не область, в которой она будет работать, а объем и потребности пользователя. SCADA окажется полезной везде, где необходимы сбор данных, наблюдение, оповещение и управление процессами.

Пользователь должен сначала спросить себя, настолько ли прост процесс, который он хочет контролировать, чтобы его можно было визуализировать и контролировать с помощью HMI, или ему нужна расширенная система визуализации и управления SCADA.

Преимущества использования программного обеспечения SCADA

Использование программного обеспечения SCADA дает компаниям ряд преимуществ:

Простота проектирования: системы SCADA предоставляют простые в использовании инструменты, мастера, графические шаблоны и другие предварительно настроенные элементы, чтобы неопытные инженеры могли быстро создавать проекты автоматизации, а также устанавливать и изменять параметры. Кроме того, можно легко поддерживать и расширять существующие приложения по мере необходимости. Возможность автоматизации процесса проектирования позволяет пользователям, в частности системным интеграторам и производителям оригинального оборудования (OEM), создавать сложные проекты с гораздо большей эффективностью и точностью.

Улучшенное управление данными: высокопроизводительная система SCADA упрощает сбор, управление, доступ и анализ рабочих данных. Он может включать автоматическую регистрацию данных и быть основным местом хранения. Кроме того, при необходимости он может передавать данные в другие системы, такие как MES и ERP. Для этой цели SCADA включает широкий спектр драйверов и открытых интерфейсов.

Большая прозрачность: одним из основных преимуществ программного обеспечения SCADA является большая прозрачность процесса. Программное обеспечение предоставляет информацию о выполняемых операциях и позволяет их удобно просматривать через HMI в режиме реального времени. Кроме того, программное обеспечение SCADA может помочь создавать отчеты и анализировать данные.

Повышенное удобство использования: cистемы SCADA позволяют работникам управлять оборудованием быстрее, проще и безопаснее через HMI. Вместо отдельного ручного наблюдения за каждым устройством, используемым в процессе, сотрудники могут управлять ими удаленно, а также управлять множеством устройств одновременно из одного места. Руководители, даже физически отсутствующие на предприятии, также получают эти возможности.

Меньшее время простоя: система SCADA может обнаруживать неисправности на раннем этапе и отправлять мгновенные предупреждения ответственному персоналу. Благодаря упреждающему анализу система SCADA может информировать пользователя о потенциальных проблемах с машиной до того, как произойдет сбой и возникнут серьезные проблемы. Эти функции помогают повысить общую эффективность оборудования и сократить время и затраты, связанные с устранением неполадок и обслуживанием производственной инфраструктуры.

Унифицированная платформа: хотя это не относится ко всем системам SCADA, некоторые из них позволя ю т управлять всеми аппаратными компонентами и процессами с единой унифицированной платформы, что значительно снижает операционную сложность и облегчает повседневную работу. Все данные также доступны на одной платформе, что дает полную видимость всех операций и позволяет лучше использовать данные. Все пользователи, работающие локально и удаленно, получают обновления в режиме реального времени, поэтому вся команда всегда имеет одни и те же данные.

Посмотрите, какие решения используются в новейших системах SCADA крупнейшими мировыми производителями:

Источник

Системы сбора данных и оперативного диспетчерского управления (SCADA-системы)

Термин Supervisory Control And Data Acquisition System (Система сбора данных и оперативного диспетчерского управления), или SCADA-система появился в конце 80-х гг. XX в. одновременно с первыми попытками использования персональных компьютеров с установленными на них графическими приложениями в качестве пультов операторов.

Первые SCADA-системы были разработаны для операционных систем DOS или Unix и обладали достаточно скромными возможностями как в силу аппаратных ограничений оборудования, так и графических возможностей операционных систем. Широкое распространение SCADA-системы получили одновременно с появлением графических интерфейсов, таких, как Windows 3.11, X-Windows, Phantom, и аппаратного обеспечения, позволяющего достичь требуемой скорости выполнения процессов в многозадачных режимах.

Причина появления SCADA-систем как средств для разработки ПО верхнего уровня аналогична причинам появления таких систем, как Borland Delphi и других визуальных систем программирования. Их основная задача – снять с разработчиков ПО рутинную и, по сути, бесполезную нагрузку по описанию стандартных интерфейсов и функций. При этом следует понимать, что использование SCADA-систем не предполагает снижения требований к уровню квалификации разработчика, как это пытаются представить.

Следует различать системы MMI (Man Machine Interface) и SCADA, поскольку и те и другие успешно развиваются независимо друг от друга, занимая различные ниши на рынке устройств HMI (Human Machine Interface).

Системы MMI фактически представляют собой локальные пульты управления отдельными устройствами или технологическими установками, оснащенные алфавитно-цифровыми экранами и клавиатурами или графическими, как правило сенсорными, экранами.

В большинстве случаев устройство MMI реализовано с использованием специализированного контроллера и его программная часть не предполагает дальнейшей модификации или изменения.

В то же время, SCADA-системы предполагают использование стандартных персональных компьютеров и операционных систем, используются для автоматизации процесса управления большими технологическими процессами, в которых задействуется большое число исполнительных устройств и технологических установок, а также поддерживают возможность реализации распределенных приложений (использования нескольких пультов операторов).

Четко провести границу между MMI- и SCADA-системами невозможно вследствие существования систем сквозного программирования, в которых часто отсутствует разграничение между средствами разработки ПО для различных уровней системы управления.

Отсутствие единого стандарта, описывающего назначение и функцио-нальный состав SCADA-систем, и различие трактовок самого термина «SCADA» затрудняют классификацию и сравнение систем данного класса.

Можно выделить следующие основные группы SCADA-систем:

SCADA-системы, разработанные производителями контроллеров;

SCADA-системы, разработанные независимыми производителями;

SCADA-системы составные части систем сквозного программирования.

Задачей производителя контроллерного оборудования при разработке собственной SCADA-системы является предоставление конечному пользователю средства для разработки приложений визуализации при использовании контроллеров этого производителя.

Можно выделить следующие основные черты таких систем:

интерфейс этих систем повторяет интерфейс средств написания ПО для контроллерного оборудования;

компоненты SCADA-системы оптимизированы для работы с данными, получаемыми от контроллерного оборудования конкретного производителя;

интерфейсы обмена данными с оборудованием других производителей реализованы слабо, либо их использование затруднено.

Классическим примером такой системы служит Siemens WinCC. Использование таких фирменных систем, с одной стороны, позволяет минимизировать затраты на обучение специалистов по разработке ПО, но с другой – жестко привязывает и разработчика, и конечного пользователя системы к конкретному производителю или даже к конкретной линейке оборудования одного производителя.

Кроме того, ряд производителей контроллерного оборудования были вынуждены разработать собственные SCADA-системы в маркетинговых целях, не обеспечив свои программные продукты необходимым уровнем поддержки и сопровождения.

SCADA-системы независимых производителей являются наиболее гибкими средствами для создания приложений визуализации и управления технологическими процессами. К их достоинствам можно отнести поддержку большого числа функций по созданию децентрализованных и распределенных систем управления, а также возможность интеграции в одной системе оборудования различных, в том числе конкурирующих, производителей.

Для обмена данными с исполнительным оборудованием такие системы используют программные серверы ввода-вывода, реализующие интерфейсы DDE или OPC. Распространенность таких SCADA-систем, а также необходимость соответствия стандартам на средства автоматизации привела к тому, что все разработчики контроллерного оборудования имеют собственные программные OPC- или DDE-серверы, которые поставляются в комплекте с оборудованием либо под заказ.

Поскольку система сквозного программирования предполагает разработку операторских станций как составной части системы управления, то в ней всегда присутствуют отдельные компоненты SCADA-системы. Однако поскольку вся система функционирует как единое целое, то эти компоненты могут также являться составными частями других модулей системы сквозного программирования или же в программном продукте бывает невозможно выделить SCADA-систему в чистом виде.

Таким системам присущи те же достоинства и недостатки, что и SCADA-системам, разработанным производителями контроллеров с учетом двух основных отличий:

у SCADA-систем, которые являются составными частями систем сквозного программирования, практически отсутствует возможность стыковки с программными и аппаратными средствами других производителей;

роль SCADA-системы в таких приложениях ограничивается разработкой графического интерфейса.

Состав и структура SCADA-систем

Состав и структура SCADA-систем

Обычно SCADA-системы состоят из двух отдельных наборов программных продуктов: среды разработки и среды исполнения.

Средой разработки называют тот набор, при помощи которого проектируется и настраивается среда визуализации технологического процесса.

Среда исполнения – это тот набор программных продуктов, который необходим для работы проекта программы визуализации технологического процесса на операторской станции.

Отдельного рассмотрения заслуживает вопрос взаимодействия среды разработки и среды исполнения при одновременной работе с одним проектом разработчика и оператора:

1. Изменения, вносимые разработчиком, вступают в силу немедленно.

2. Среда исполнения отражает внесенные изменения по мере их обнаружения в исходном коде проекта.

3. Изменения отражаются в среде исполнения при перезагрузке или принудительно.

Реализация первого типа взаимодействия позволяет достаточно наглядно и эффектно демонстрировать возможности продукта на коммерческих презентациях и поэтому иногда реализуется в конечных программных продуктах. Однако при работе с реальными проектами существует потенциальная опасность исчезновения части графического интерфейса или динамического перемещения элементов управления. В связи с этим наибольшее распространение получили второй и третий тип взаимодействия или их сочетание.

Можно выделить следующие основные части SCADA-системы:

модуль графического отображения;

система аварийной и предупредительной сигнализации;

модуль архивирования параметров технологического процесса.

Тэг SCADA-системы – это объект для хранения значения параметра технологического процесса и его свойств. Иногда тэги неправильно называют «переменными». В то же время, понятие тэга наиболее близко к определению класса в объектных языках программирования.

Модуль графического отображения реализует графический интерфейс проекта. Как правило, графический интерфейс представляет собой набор экранных форм с размещенными на них графическими элементами. Задача создания экранной формы сводится к размещению графических элементов на экранных формах и заданию их свойств.

В процессе вызова, отображения и закрытия экранных форм, при щелчках мышью на графических объектах, изменении свойств или значений отдельных тэгов возникает необходимость осуществления вычислений или действий, для чего в SCADA-системах существует обработчик сценариев. Сценарии в некоторых системах также называют «макросами» или «скриптами».

Большинство сценариев SCADA-систем, реализующих графический интерфейс автоматизированных рабочих мест операторов, являются обработчиками щелчков мышью на графических элементах.

Для написания сценариев SCADA-системы различных производителей предлагают один или несколько языков. Системы, разрабатываемые производителями контроллеров или входящие в состав систем сквозного программирования, как правило, предлагают для написания сценариев те же языки программирования, что и для написания программного обеспечения контроллеров. SCADA-системы независимых производителей часто предлагают для реализации сценариев специализированные макроязыки

Использование языков программирования общего назначения позволяет реализовывать сложные пользовательские интерфейсы и нестандартные методы работы с данными благодаря доступу к дополнительным библиотекам и прикладному интерфейсу программ.

В то же время, разработчику в любом случае приходится изучать библиотеки функций для работы с компонентами SCADA-системы, аналогично тому, как изучаются макроязыки, а реализуемый код может быть потенциально опасен или наследовать ошибки сторонних библиотек функций.

Система аварийной и предупредительной сигнализации (Alarm System) предназначена для извещения оператора о выходе значения параметра технологического процесса за допустимые пределы. Как правило, для каждого технологического параметра можно задать 2 типа уставок, по которым будет происходить извещение: соответственно аварийную и предупредительную уставки.

В зависимости от возможностей системы данные уставки задаются по одному или нескольким критериям:

Выход за допустимый диапазон. В этом случае разделяют: верхнюю и нижнюю предупредительные уставки и верхнюю и нижнюю аварийные уставки.

Отклонение от номинала на некоторое значение. Выделяют минимально и максимально допустимые отклонения от заданного значения.

Задание максимально допустимой скорости изменения значения параметра технологического процесса. Значения уставок допустимого диапазона задаются в абсолютных единицах измерения, а значения отклонения от номинала и скорости изменения могут задаваться как в абсолютных единицах, так и в процентах от текущего или заданного значения.

В связи с тем, что для одного технологического процесса количество параметров, для которых заданы аварийные и предупредительные уставки, может быть велико, в SCADA-системах существует возможность объединять контролируемые технологически параметры в группы, а также задавать уровень приоритета для каждой уставки.

Основная задача модуля архивирования – обеспечение возможности вывода на экран монитора графиков значений технологических параметров (Trends) за относительно короткий период, а также построение простых отчетов. Модуль архивирования значений SCADA-системы должен обеспечивать следующие функции:

архивирование значений в локальную базу данных с заданной периодичностью или по изменению;

при архивировании значений по факту изменения – возможность задания зоны нечувствительности для архивирования;

задание ограничения на размер локальной базы данных;

задание времени хранения значений;

проведение регламентных работ по удалению устаревших или самых ранних значений при превышении времени хранения или размера базы в автоматическом режиме;

наличие интерфейса для построения графиков архивных значений и их просмотра;

наличие системы экспорта значений параметра за указанный период в виде таблицы значений.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Автоматизированные системы диспетчерского и технологического управления. Всё о SCADA-системах

Supervisory Control And Data Acquisition (SCADA)

SCADA-система — это инструментальная программа, обеспечивающая создание программного обеспечения для автоматизации контроля и управления технологическим процессом в режиме реального времени. Основная цель создаваемой с помощью SCADA программы — дать оператору, управляющему технологическим процессом, полную информацию об этом процессе и необходимые средства для воздействия на него.

ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ SCADA-СИСТЕМЫ:

От надежности, быстродействия и эргономичности SCADA-системы зависит не только эффективность управления технологическим процессом, но и его безопасность.

КАКИЕ КОМПОНЕНТЫ SCADA НАИБОЛЕЕ ВАЖНЫ В РАБОТЕ И ПОЧЕМУ?

Специалисты отдела АСУТП промышленного предприятия по изготовлению соды утверждают, что в основном используют такие компоненты, как мониторинг и управление, архивирование технологических параметров, сообщений, подсистему формирования отчетов.

Мониторинг и управление, собственно, то, для чего и устанавливается система управления. Архивы параметров, сообщений и отчеты необходимы для оценки и анализа ведения технологического процесса, действий оператора и т.д. Также для них важен один из базовых инструментов SCADA — разграничение прав доступа к управлению по уровням (оператор, технолог, инженер АСУТП).

В связи с тенденцией к интеграции систем управления технологическими процессами и систем управления предприятием все чаще возникает необходимость использования SCADA в качестве источника данных для вышестоящих систем. Некоторые SCADA могут выступать и как сервер консолидации всех технологических данных, и как сервер генерации отчетов на базе этих данных.

Если система управления, построена на базе ПЛК одного производителя (к примеру, Siemens SIMATIC), то обмен данными между контроллерами и SCADA происходит с помощью встроенных драйверов протоколов связи. Некоторые независимые от производителей оборудования SCADA предлагают набор драйверов ко многим (но не всем) имеющимся на рынке контроллерам и интеллектуальными приборам. Наиболее универсальный способ взаимодействия — это использование драйверов, разработанных в соответствии со стандартом OPC. Такие OPC-серверы могут быть разработаны производителями контроллеров или независимыми разработчиками, а использоваться вместе с любой SCADA- системой. Для эффективной работы с OPC- серверами SCADA должна использовать их напрямую, по технологии «OPC в ядре системы», а не через промежуточные интерфейсы. Некоторые SCADA являются вертикально-интегрированными: в их состав входят системы программирования для свободно-программируемых контроллеров. В них также используются внутренние драйверы для связи с контроллером. Такие SCADA позволяют создать ПТК с использованием оборудования разных производителей.

УРОВНИ СИСТЕМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ SCADA

Системы технологической автоматизации обычно разделены на 3 уровня: нижний, средний и верхний. Выше них находится уровень управления производством в целом.
Нижний уровень — это сами датчики и исполнительные механизмы
Средний уровень — контроллеры. На среднем уровне происходит:

Верхний уровень — это и есть уровень SCADA. На этом уровне происходит:

УПРАВЛЕНИЕ ПРЕДПРИЯТИЕМ

Управление предприятием производится на двух уровнях:
MES (Manufacturing Execution Systems) — система управления производством продукции в реальном времени. Этот уровень служит для планирования производственных заданий для технологических процессов, построения сводных отчетов, глубокого анализа процесса (например, прогнозирование, построение энергетического и материально¬го баланса и др.). Для этих целей также может быть использован инструментарий SCADA.

ERP (Enterprise Resource Planning) — система автоматизированного управления административно-финансовой и административно-хозяйственной деятельностью предприятия. На этом уровне используются другие специализированные системы, например, SAP R3.

ФУНКЦИИ SCADA

■ Мнемосхемы
Мнемосхема — это графическое изображение (с помощью встроенного в SCADA графического редактора) технологической схемы с визуализацией значений датчиков, состояния исполнительных механизмов и др. параметров. Для визуализации используется не только отображение значений в виде цифр и надписей, но и изменение визуальных свойств отображаемых графических объектов. Например, в емкости изменяется уровень жидкости, а ее цвет изменяется в зависимости от температуры (динамизация). Исполнительные механизмы могут не просто показывать свое состояние каким-то графическим признаком (например, цветом), но и наглядно показывать свою работу — например, вращением лопастей насоса, движением ленты конвейера и т.п. (анимация).

■ Архивы
Получаемые от контроллеров данные SCADA складывает в архивы. Предварительно данные могут быть обработаны (отфильтрованы, усреднены, сжаты и т.п.). Часто используется не регулярная запись, а запись по изменению с использованием порога чувствительности («мертвой зоны»). Длительность хранения настраивается в SCADA индивидуально для каждого параметра и может составлять до нескольких лет.

■ Тренды
Тренд — это графическое отображение изменения параметра во времени. Тренды в SCADA- системах могут показывать изменение параметра за всю длительность его хранения в архиве. Оператору предоставляется возможность изменять масштаб, как времени, так и самого параметра. В развитых системах в тренд встроены различные инструменты анализа графика, сравнения его с уставкой или другим параметром, сглаживание или фильтрация, отметки на графике событий (например, нарушение границ) или закладок для памяти и многое другое.

■ Таблицы
Зачастую технологу удобнее просматривать архивы не в графическом виде, а в виде таблиц. Обычно эти таблицы можно не только просматривать, но и экспортировать в другие системы.

■ Графики
Обычно SCADA позволяют смотреть и зависимость одних параметров от других, тоже во времени. Хотя это функция и менее востребована технологами, чем тренды.

■ Гистограммы и диаграммы
Другим распространенным способом представления параметров являются гистрограммы (столбиковые диаграммы).

■ Сообщения
Сообщения — это текстовые строки, которые информируют оператора о событиях на объекте в той последовательности, в которой эти события происходят. Они всплывают на экране или отображаются в специально выделенной для этого зоне.

■Журналы сообщений
Журналы сообщений служат для отображения списков сообщений в том порядке, как они появлялись и были сохранены в архив. Как правило, используются разные экземпляры журналов для разных зон процесса, разных категорий сообщений, разных приоритетов.

■ Контроль прав доступа
Для того, чтобы оператор мог совершить те или иные действия, ему должны быть администратором предоставлены соответствующие права — например, право управлять исполнительным механизмом, или право изменить задание регулятору. В начале смены оператор регистрируется в системе, и она предоставляет ему выполнять только те действия, которые ему разрешены администратором.

■Журнал действий оператора
Управление технологическим процессом очень ответственная задача, поэтому все действия оператора записываются для контроля в специальный журнал, который может быть проанализирован в случае нештатных ситуаций.

■ Формирование отчета
Удобная среда разработки отчетов позволяет легко и быстро подготовить отформатированные и насыщенные информацией отчеты.

ХАРАКТЕРИСТИКИ SCADA-СИСТЕМЫ

ЗАРУБЕЖНЫЕ SCADA-СИСТЕМЫ

Наиболее популярные в России следующие зарубежные SCADA:

— WinCC (Siemens, Германия);
— InTouch (Wonderware, США);
— RSView32 (Rockwell Automation, США);
— Genesis64 (Iconics, США);
— Vijeo Citect (Schneider Electric, Франция).

ОТЕЧЕСТВЕННЫЕ SCADA-СИСТЕМЫ

Наиболее популярные отечественные модели SCADA:

В отличие от большинства западных SCADA все российские содержат встроенные средства программирования контроллеров с использованием языков стандарта МЭК61131-3, в том числе языка функциональных блоков. Причем, если сама SCADA рассчитана на работу в среде Windows на PC-совместимых компьютерах, то исполнительная система для контроллеров может работать и на Logix других платформах, например, Linux на процессоре с архитектурой ARM.

Стандарт OPC поддерживают все перечисленные системы, однако в системе «Trace Mode» упор делается на использование собственных драйверов, а MasterSCADA, хоть и поддерживает использование драйверов, но основывается на технологии «OPC в ядре системы» и предлагает отдельный инструментальный пакет для разработки OPC-серверов.

Сравнительная характеристика зарубежных и отечественных SCADA

Все современные SCADA, как отечественные, так и зарубежные, имеют полный функционал для этого класса программ, поэтому их сравнение по перечню функций в последние годы потеряло смысл. Основное преимущество российских SCADA — это их изначальная нацеленность на российский рынок (русскоязычная, а не переводная документация, техническая поддержка, уровень цен). Можно сделать вывод, что для каждого предприятия или даже применения желательно сделать сравнение нескольких SCADA, как по цене, так и по возможностям. Практически все SCADA имеют пробную версию, которая позволяет проверить ее пригодность для решаемой задачи.

По теме

Популярные товары

Источник