Sisteme de achiziție de date și control operațional (sisteme SCADA)

Termenul Sistem de control și achiziție de date de supraveghere sau sistem SCADA a apărut la sfârșitul anilor 1980. secolul XX. concomitent cu primele încercări de utilizare a calculatoarelor personale cu aplicații grafice instalate pe acestea ca console de operator.

Primele sisteme SCADA au fost dezvoltate pentru sistemele de operare DOS sau Unix și aveau capacități destul de modeste, atât datorită limitărilor hardware ale hardware-ului, cât și capacităților grafice ale sistemelor de operare. Sistemele SCADA s-au răspândit concomitent cu apariția interfețelor grafice, precum Windows 3.11, X-Windows, Phantom și hardware care vă permite să atingeți viteza necesară de execuție a proceselor în modurile multitasking.

Motivul apariției sistemelor SCADA ca instrumente de dezvoltare software de nivel superior este similar cu motivele apariției unor sisteme precum Borland Delphi și alte sisteme de programare vizuală.Sarcina lor principală este să scutească dezvoltatorii de software de povara de rutină și într-adevăr inutilă de a descrie interfețele și funcțiile standard. În același timp, trebuie înțeles că utilizarea sistemelor SCADA nu implică o reducere a cerințelor pentru calificarea dezvoltatorului, așa cum încearcă să-și imagineze.

Distinge sistemele MMI (Interfață om-mașină) și SCADA, deoarece ambii s-au dezvoltat cu succes independent unul de celălalt, ocupând nișe diferite pe piața dispozitivelor HMI (Interfață om-mașină).

Sistemele MMI sunt de fapt panouri locale de control pentru dispozitive individuale sau instalații tehnologice, echipate cu ecrane și tastaturi alfanumerice sau grafice, de obicei ecrane tactile.

În cele mai multe cazuri, dispozitivul MMI este implementat folosind un controler special, iar partea sa de software nu implică modificări sau modificări suplimentare.

În același timp, sistemele SCADA includ utilizarea computerelor personale standard și a sistemelor de operare, sunt utilizate pentru automatizarea procesului de gestionare a proceselor tehnologice mari, în care sunt implicate un număr mare de dispozitive executive și unități tehnologice și, de asemenea, susțin posibilitatea de a implementarea aplicațiilor distribuite (folosind mai multe console de operator)...

Este imposibil de trasat o linie clară între sistemele MMI și SCADA din cauza existenței sistemelor de programare end-to-end în care adesea nu există nicio distincție între instrumentele de dezvoltare software pentru diferite niveluri ale sistemului de control.

Lipsa unui standard unic care să descrie scopul și compoziția funcțională a sistemelor SCADA și diferența de interpretări ale termenului „SCADA” în sine complică clasificarea și compararea sistemelor din această clasă.

Se pot distinge următoarele grupuri principale de sisteme SCADA:

• Sisteme SCADA dezvoltate de producătorii de controlere;

• Sisteme SCADA dezvoltate de producători independenți;

• Sistemele SCADA sunt componente ale sistemelor de programare end-to-end.

Sarcina producătorului de echipamente de controler în dezvoltarea propriului sistem SCADA este de a oferi utilizatorului final un instrument pentru dezvoltarea aplicațiilor de vizualizare folosind controlere de la acel producător.

Se pot distinge următoarele caracteristici principale ale unor astfel de sisteme:

• interfața acestor sisteme repetă interfața mijloacelor de scriere a software-ului pentru echipamentul de control;

• Componentele sistemului SCADA sunt optimizate pentru a funcționa cu datele primite de la echipamentele de control ale unui anumit producător;

• Interfețele pentru schimbul de date cu echipamente de la alți producători sunt implementate prost sau greu de utilizat.

Un exemplu clasic de astfel de sistem este Siemens WinCC… Utilizarea unor astfel de sisteme proprietare, pe de o parte, minimizează costul formării specialiștilor în dezvoltare de software, dar, pe de altă parte, leagă strict atât dezvoltatorul, cât și utilizatorul final al sistemului de un anumit producător sau chiar de un anumit producător. linie de echipamente de la un producător.

În plus, un număr de producători de echipamente de control au fost forțați să-și dezvolte propriile sisteme SCADA în scopuri de marketing fără a oferi produselor lor software nivelul necesar de suport și întreținere.

Sistemele SCADA de la terți sunt cele mai flexibile instrumente pentru crearea de aplicații de vizualizare și control a proceselor. Avantajele lor includ suportul unui număr mare de funcții pentru crearea de sisteme de control descentralizate și distribuite, precum și capacitatea de a integra echipamente de la diferiți producători, inclusiv concurenți, într-un singur sistem.

Pentru a face schimb de date cu echipamentele executive, astfel de sisteme folosesc servere I/O software care implementează interfețe DDE sau OPC. Răspândirea unor astfel de sisteme SCADA, precum și nevoia de a respecta standardele instrumentelor de automatizare, au condus la faptul că toți dezvoltatorii de echipamente de controler au propriile lor Servere software OPC sau DDE, care se livrează complet cu echipament sau la comandă.

Deoarece sistemul de programare end-to-end include dezvoltarea stațiilor operatorului ca parte integrantă a sistemului de control, acesta conține întotdeauna componente separate ale sistemului SCADA. Cu toate acestea, deoarece întregul sistem funcționează ca un întreg, aceste componente pot fi, de asemenea, componente ale altor module ale sistemului de programare end-to-end, sau poate fi imposibil să se separe sistemul SCADA în forma sa pură într-un produs software.

Astfel de sisteme au aceleași avantaje și dezavantaje ca și sistemele SCADA dezvoltate de producătorii de controlere, ținând cont de două diferențe principale:

• Sistemele SCADA, care sunt parte integrantă a sistemelor de programare end-to-end, practic nu au interoperabilitate cu software-ul și hardware-ul de la alți producători;

• rolul sistemului SCADA în astfel de aplicații se limitează la dezvoltarea unei interfețe grafice.

Compoziția și structura sistemelor SCADA

Compoziția și structura sistemelor SCADA

De obicei, sistemele SCADA constau din două seturi separate de produse software: un mediu de dezvoltare și un mediu de execuție.

Mediu de dezvoltare se numeste ansamblul cu care este proiectat si configurat mediul de vizualizare a procesului tehnologic.

Mediul în timpul lucrului — acesta este un set de produse software care sunt necesare pentru lucrul la proiectul programului de vizualizare a procesului tehnologic în stația operatorului.

Separat, trebuie luată în considerare problema interacțiunii dintre mediul de dezvoltare și mediul de rulare în timpul lucrului cu același proiect al dezvoltatorului și al operatorului:

1. Modificările făcute de dezvoltator intră în vigoare imediat.

2. Timpul de execuție reflectă modificările făcute așa cum se găsesc în codul sursă al proiectului.

3. Modificările sunt reflectate în timpul rulării la repornire sau forțare.

Implementarea primului tip de interacțiune face posibilă demonstrarea capabilităților produsului destul de clar și eficient în prezentări comerciale și, prin urmare, este uneori implementată în produsele software finale. Cu toate acestea, atunci când lucrați cu proiecte reale, există un potențial pericol de a pierde o parte a interfeței grafice sau de mișcare dinamică a controalelor. În acest sens, al doilea și al treilea tip de interacțiune sau combinația lor sunt cele mai răspândite.

Se pot distinge următoarele părți principale ale sistemului SCADA:

• baza etichetei;

• modul de afișare grafică;

• procesor de scripturi;

• sistem de alarma si avertizare;

• modul de arhivare a parametrilor tehnologici de proces.

Etichetă de sistem SCADA Este un obiect pentru stocarea valorii unui parametru de proces tehnologic și a proprietăților acestuia. Etichetele sunt uneori numite incorect „variabile”. În același timp, conceptul de etichetă este cel mai apropiat de definiția unei clase în limbajele de programare orientate pe obiecte.

Modulul de afișare grafică implementează interfața grafică a proiectului. De regulă, o interfață grafică este un set de formulare de ecran cu elemente grafice plasate pe ele. Sarcina de a crea un ecran se reduce la plasarea elementelor grafice pe formele ecranului și setarea proprietăților acestora.

În procesul de apelare, afișare și închidere a formularelor de ecran, atunci când faceți clic pe obiecte grafice, modificați proprietățile sau valorile etichetelor individuale, este necesar să efectuați calcule sau acțiuni pentru care există motor de scripturi… Scripturile sunt, de asemenea, numite „macro-uri” sau „scripturi” în unele sisteme.

Cele mai multe scripturi de sistem SCADA care implementează interfața grafică a stațiilor de lucru automate ale operatorului sunt handler-uri de clic pe elemente grafice.

Pentru scripturi, sistemele SCADA de la diferiți producători oferă una sau mai multe limbi. Sistemele dezvoltate de producătorii de controlere sau ca parte a sistemelor de programare end-to-end oferă de obicei aceleași limbaje de programare pentru scriptare ca și pentru scriere software-ul controlerului… Sistemele SCADA de la terțe părți oferă adesea limbaje specializate de macro scripting.

Folosirea limbajelor de programare de uz general vă permite să implementați interfețe de utilizator complexe și metode non-standard de lucru cu datele, accesând biblioteci și API-uri suplimentare.

În același timp, dezvoltatorul trebuie să studieze în orice caz biblioteci de funcții pentru lucrul cu componentele sistemului SCADA, în același mod în care sunt studiate limbajele macro, iar codul implementat poate fi potențial periculos sau poate moșteni erori de la funcția terță parte. biblioteci.

Sistem de alarma are scopul de a notifica operatorului valoarea parametrului procesului în afara limitelor admise. De regulă, pentru fiecare parametru tehnologic se pot seta 2 tipuri de setări în funcție de care va apărea notificarea: respectiv, setări de urgență și de avertizare.

În funcție de capacitățile sistemului, aceste setări sunt stabilite în funcție de unul sau mai multe criterii:

• În afara razei. În acest caz există: valori de avertizare superioare și inferioare și valori de alarmă superioare și inferioare.

• O abatere de la valoarea nominală a unei valori. Distribuiți abaterile minime și maxime admise de la valoarea setată.

• Setarea ratei maxime admisibile de modificare a valorii parametrului de proces. Valorile setărilor de interval admisibile sunt specificate în unități absolute, iar abaterea de la valoarea nominală și rata de modificare poate fi specificată atât în ​​unități absolute, cât și ca procent din valoarea curentă sau de referință.

Datorită faptului că pentru un proces tehnologic numărul de parametri pentru care sunt setate puncte de referință de urgență și avertizare poate fi mare, în sistemele SCADA este posibilă combinarea parametrilor controlați tehnologic în grupuri, precum și setarea nivelului de prioritate pentru orice punct de referință.

Sarcina principală modul de rezervă — oferirea capacității de a afișa grafice ale parametrilor tehnologici (Trends) pe ecranul monitorului pentru o perioadă relativ scurtă, precum și construirea de rapoarte simple.Modulul de arhivare a valorilor sistemului SCADA ar trebui să ofere următoarele funcții:

• arhivarea valorilor într-o bază de date locală cu o anumită frecvență sau modificare;

• la arhivarea valorilor la modificare — posibilitatea de a seta zona moartă pentru arhivare;

• setați o limită de dimensiune locală a bazei de date;

• setarea timpului de stocare a valorilor;

• efectuați întreținerea de rutină pentru a elimina valorile învechite sau cele mai vechi atunci când timpul de stocare sau dimensiunea bazei de date este depășită în modul automat;

• disponibilitatea unei interfețe pentru construirea de grafice ale valorilor de arhivă și vizualizarea acestora;

• disponibilitatea unui sistem pentru exportul valorilor parametrilor pentru perioada specificată sub forma unui tabel de valori.