Datainnsamling og operasjonelle kontrollsystemer (SCADA-systemer)

Begrepet Supervisory Control and Data Acquisition System eller SCADA-system dukket opp på slutten av 1980-tallet. XX århundre. samtidig med de første forsøkene på å bruke personlige datamaskiner med grafiske applikasjoner installert på dem som operatørkonsoller.

De første SCADA-systemene ble utviklet for DOS- eller Unix-operativsystemer og hadde ganske beskjedne muligheter, både på grunn av maskinvarens begrensninger og de grafiske egenskapene til operativsystemene. SCADA-systemer ble utbredt samtidig med utseendet til grafiske grensesnitt, som Windows 3.11, X-Windows, Phantom og maskinvare som lar deg oppnå den nødvendige hastigheten på utførelse av prosesser i multitasking-moduser.

Årsaken til fremveksten av SCADA-systemer som programvareutviklingsverktøy på toppnivå er lik årsakene til fremveksten av systemer som Borland Delphi og andre visuelle programmeringssystemer.Hovedoppgaven deres er å avlaste programvareutviklere for den rutinemessige og faktisk ubrukelige byrden med å beskrive standardgrensesnitt og funksjoner. Samtidig skal det forstås at bruk av SCADA-systemer ikke innebærer en reduksjon i kravene til utviklerens kvalifikasjoner, slik de prøver å forestille seg.

Skille systemene MMI (Man Machine Interface) og SCADA, ettersom de begge har utviklet seg uavhengig av hverandre og okkupert forskjellige nisjer på enhetsmarkedet HMI (Human Machine Interface).

MMI-systemer er faktisk lokale kontrollpaneler for individuelle enheter eller teknologiske installasjoner, utstyrt med alfanumeriske skjermer og tastaturer eller grafikk, vanligvis berøringsskjermer.

I de fleste tilfeller implementeres MMI-enheten ved hjelp av en spesiell kontroller, og programvaredelen innebærer ingen ytterligere modifikasjoner eller endringer.

Samtidig inkluderer SCADA-systemer bruk av standard personlige datamaskiner og operativsystemer, brukes til å automatisere prosessen med å administrere store teknologiske prosesser, der et stort antall utøvende enheter og teknologiske enheter er involvert, og støtter også muligheten for implementere distribuerte applikasjoner (ved å bruke flere operatørkonsoller) ...

Det er umulig å trekke en klar linje mellom MMI- og SCADA-systemer på grunn av eksistensen av ende-til-ende programmeringssystemer der det ofte ikke er noe skille mellom programvareutviklingsverktøy for ulike nivåer av kontrollsystemet.

Mangelen på en enkelt standard som beskriver formålet og den funksjonelle sammensetningen av SCADA-systemer og forskjellen i tolkninger av begrepet "SCADA" kompliserer i seg selv klassifiseringen og sammenligningen av systemer i denne klassen.

Følgende hovedgrupper av SCADA-systemer kan skilles:

• SCADA-systemer utviklet av kontrollereprodusenter;

• SCADA-systemer utviklet av uavhengige produsenter;

• SCADA-systemer er komponenter av ende-til-ende programmeringssystemer.

Kontrollerutstyrsprodusentens oppgave med å utvikle sitt eget SCADA-system er å gi sluttbrukeren et verktøy for å utvikle visualiseringsapplikasjoner ved bruk av kontrollere fra denne produsenten.

Følgende hovedtrekk ved slike systemer kan skilles:

• grensesnittet til disse systemene gjentar grensesnittet til midler for å skrive programvare for kontrollutstyret;

• SCADA-systemkomponenter er optimalisert for å fungere med data mottatt fra kontrollutstyr fra en bestemt produsent;

• Grensesnitt for datautveksling med utstyr fra andre produsenter er dårlig implementert eller vanskelig å bruke.

Et klassisk eksempel på et slikt system er Siemens WinCC… Bruken av slike proprietære systemer minimerer på den ene siden kostnadene ved opplæring av spesialister i programvareutvikling, men på den annen side binder det både utvikleren og sluttbrukeren av systemet strengt til en spesifikk produsent eller til og med en spesifikk linje med utstyr fra én produsent.

I tillegg ble en rekke produsenter av kontrollutstyr tvunget til å utvikle sine egne SCADA-systemer for markedsføringsformål uten å gi sine programvareprodukter det nødvendige nivået av støtte og vedlikehold.

Tredjeparts SCADA-systemer er de mest fleksible verktøyene for å lage prosessvisualisering og kontrollapplikasjoner. Fordelene deres inkluderer støtte for et stort antall funksjoner for å lage desentraliserte og distribuerte kontrollsystemer, samt muligheten til å integrere utstyr fra forskjellige, inkludert konkurrerende, produsenter i ett system.

For å utveksle data med utøvende utstyr, bruker slike systemer programvare I/O-servere som implementerer DDE- eller OPC-grensesnitt. Spredningen av slike SCADA-systemer, samt behovet for å overholde standarder for automatiseringsverktøy, førte til at alle utviklere av kontrollerutstyr har sine egne OPC- eller DDE-programvareservere, som leveres komplett med utstyr eller på bestilling.

Siden ende-til-ende programmeringssystemet inkluderer utvikling av operatørstasjoner som en integrert del av kontrollsystemet, inneholder det alltid separate komponenter i SCADA-systemet. Men siden hele systemet fungerer som en helhet, kan disse komponentene også være komponenter i andre moduler i ende-til-ende programmeringssystemet, eller det kan være umulig å skille SCADA-systemet i sin rene form til et programvareprodukt.

Slike systemer har de samme fordelene og ulempene som SCADA-systemer utviklet av kontrollerprodusenter, og tar hensyn til to hovedforskjeller:

• SCADA-systemer, som er en integrert del av ende-til-ende programmeringssystemer, har praktisk talt ingen interoperabilitet med programvare og maskinvare fra andre produsenter;

• rollen til SCADA-systemet i slike applikasjoner er begrenset til utviklingen av et grafisk grensesnitt.

Sammensetning og struktur av SCADA-systemer

Sammensetning og struktur av SCADA-systemer

Vanligvis består SCADA-systemer av to separate sett med programvareprodukter: et utviklingsmiljø og et utførelsesmiljø.

Utviklingsmiljø kalles settet som miljøet for visualisering av den teknologiske prosessen er designet og konfigurert med.

Miljø under arbeid — dette er et sett med programvareprodukter som er nødvendige for arbeidet med prosjektet til programmet for visualisering av den teknologiske prosessen i operatørstasjonen.

Separat bør spørsmålet om samspillet mellom utviklingsmiljøet og kjøretidsmiljøet under arbeid med det samme prosjektet til utvikleren og operatøren vurderes:

1. Endringer gjort av utvikleren trer i kraft umiddelbart.

2. Kjøretiden gjenspeiler endringene som er gjort som funnet i prosjektets kildekode.

3. Endringer gjenspeiles ved kjøretid ved omstart eller tvinging.

Implementeringen av den første typen interaksjon gjør det mulig å demonstrere egenskapene til produktet ganske tydelig og effektivt i kommersielle presentasjoner, og derfor implementeres det noen ganger i de endelige programvareproduktene. Men når du arbeider med virkelige prosjekter, er det en potensiell fare for manglende deler av det grafiske grensesnittet eller dynamisk bevegelse av kontroller. I denne forbindelse er den andre og tredje typen interaksjon eller deres kombinasjon de mest utbredte.

Følgende hoveddeler av SCADA-systemet kan skilles:

• tag base;

• grafisk display modul;

• skript prosessor;

• alarm og varslingssystem;

• modul for arkivering av teknologiske prosessparametere.

SCADA System Tag Er et objekt for å lagre verdien av en teknologisk prosessparameter og dens egenskaper. Etiketter kalles noen ganger feil "variabler". Samtidig er begrepet etikett nærmest definisjonen av en klasse i objektorienterte programmeringsspråk.

Den grafiske displaymodulen implementerer det grafiske grensesnittet til prosjektet. Som regel er et grafisk grensesnitt et sett med skjermskjemaer med grafiske elementer plassert på dem. Oppgaven med å lage en skjerm er redusert til å plassere grafiske elementer på skjermformer og angi deres egenskaper.

I prosessen med å ringe, vise og lukke skjermskjemaer, når du klikker på grafiske objekter, endrer egenskaper eller verdier for individuelle tagger, er det nødvendig å utføre beregninger eller handlinger som det er skriptmotor… Skript kalles også "makroer" eller "skript" i noen systemer.

De fleste SCADA-systemskript som implementerer det grafiske grensesnittet til automatiserte operatørarbeidsstasjoner er museklikkbehandlere på grafiske elementer.

For skript tilbyr SCADA-systemer fra forskjellige produsenter ett eller flere språk. Systemer utviklet av kontrollerprodusenter eller som en del av ende-til-ende programmeringssystemer tilbyr vanligvis de samme programmeringsspråkene for skripting som for skriving kontroller programvare… Tredjeparts SCADA-systemer tilbyr ofte spesialiserte makroskriptspråk.

Bruk av generelle programmeringsspråk lar deg implementere komplekse brukergrensesnitt og ikke-standardiserte metoder for å jobbe med data ved å få tilgang til flere biblioteker og APIer.

Samtidig må utvikleren uansett studere funksjonsbiblioteker for arbeid med SCADA-systemkomponenter, på samme måte som makrospråk studeres, og den implementerte koden kan være potensielt farlig eller arve feil fra tredjepartsfunksjoner biblioteker.

Alarmsystem er ment å varsle operatøren om verdien av prosessparameteren utenfor de tillatte grensene. Som regel, for hver teknologisk parameter, kan 2 typer innstillinger angis i henhold til hvilke varselet vil vises: henholdsvis nød- og advarselsinnstillinger.

Avhengig av funksjonene til systemet, settes disse innstillingene i henhold til ett eller flere kriterier:

• Ute av rekkevidde. I dette tilfellet er det: øvre og nedre advarselsverdier og øvre og nedre alarmverdier.

• Et avvik fra den nominelle verdien av en eller annen verdi. Fordel minimum og maksimum tillatte avvik fra innstilt verdi.

• Innstilling av maksimalt tillatt endringshastighet for prosessparameterverdien. Verdier for tillatte områdeinnstillinger er spesifisert i absolutte enheter, og avvik fra nominell og endringshastighet kan spesifiseres både i absolutte enheter og som en prosentandel av gjeldende verdi eller settpunktverdi.

På grunn av at for én teknologisk prosess kan antallet parametere som nød- og varslingssettpunkter er satt for være stort, er det i SCADA-systemer mulig å kombinere de teknologisk kontrollerte parameterne i grupper, samt å sette prioritetsnivået for evt. settpunkt.

Hovedoppgaven backup-modul — gir muligheten til å vise grafer av teknologiske parametere (trender) på monitorskjermen i en relativt kort periode, samt å bygge enkle rapporter. Modulen for arkivering av verdiene til SCADA-systemet skal gi følgende funksjoner:

• arkivering av verdier i en lokal database med en viss frekvens eller endring;

• ved arkivering av verdier ved endring - mulighet for å angi dødsone for arkivering;

• angi en lokal databasestørrelsesgrense;

• stille inn tiden for å lagre verdier;

• utføre rutinemessig vedlikehold for å fjerne utdaterte eller tidligste verdier når lagringstid eller databasestørrelse overskrides i automatisk modus;

• tilgjengeligheten av et grensesnitt for å bygge grafer over arkivverdier og se dem;

• tilgjengeligheten av et system for eksport av parameterverdier for den angitte perioden i form av en verditabell.