Dataindsamling og operationelle kontrolsystemer (SCADA-systemer)

Udtrykket Supervisory Control and Data Acquisition System eller SCADA-system dukkede op i slutningen af ​​1980'erne. XX århundrede. samtidig med de første forsøg på at bruge personlige computere med grafiske applikationer installeret som operatørkonsoller.

De første SCADA-systemer blev udviklet til DOS- eller Unix-operativsystemer og havde ret beskedne muligheder, både på grund af hardwareens hardwarebegrænsninger og operativsystemernes grafiske muligheder. SCADA-systemer blev udbredt samtidig med fremkomsten af ​​grafiske grænseflader, såsom Windows 3.11, X-Windows, Phantom og hardware, der giver dig mulighed for at opnå den nødvendige hastighed for udførelse af processer i multitasking-tilstande.

Årsagen til fremkomsten af ​​SCADA-systemer som softwareudviklingsværktøjer på topniveau svarer til årsagerne til fremkomsten af ​​systemer som Borland Delphi og andre visuelle programmeringssystemer.Deres hovedopgave er at aflaste softwareudviklere for den rutinemæssige og faktisk ubrugelige byrde ved at beskrive standardgrænseflader og funktioner. Samtidig skal det forstås, at brugen af ​​SCADA-systemer ikke indebærer en reduktion af kravene til udviklerens kvalifikation, som de forsøger at forestille sig.

Skelne systemerne MMI (Man Machine Interface) og SCADA, da de begge med succes udviklede sig uafhængigt af hinanden og indtager forskellige nicher på enhedsmarkedet HMI (Human Machine Interface).

MMI-systemer er faktisk lokale kontrolpaneler til individuelle enheder eller teknologiske installationer, udstyret med alfanumeriske skærme og tastaturer eller grafiske, normalt touchskærme.

I de fleste tilfælde implementeres MMI-enheden ved hjælp af en speciel controller, og dens softwaredel indebærer ingen yderligere modifikationer eller ændringer.

Samtidig omfatter SCADA-systemer brugen af ​​standard personlige computere og operativsystemer, bruges til at automatisere processen med at styre store teknologiske processer, hvor et stort antal udøvende enheder og teknologiske enheder er involveret, og understøtter også muligheden for implementering af distribuerede applikationer (ved hjælp af flere operatørkonsoller) ...

Det er umuligt at trække en klar grænse mellem MMI- og SCADA-systemer på grund af eksistensen af ​​end-to-end programmeringssystemer, hvor der ofte ikke skelnes mellem softwareudviklingsværktøjer til forskellige niveauer af kontrolsystemet.

Manglen på en enkelt standard, der beskriver formålet og den funktionelle sammensætning af SCADA-systemer og forskellen i fortolkninger af udtrykket "SCADA" komplicerer i sig selv klassificeringen og sammenligningen af ​​systemer i denne klasse.

Følgende hovedgrupper af SCADA-systemer kan skelnes:

• SCADA-systemer udviklet af controllerproducenter;

• SCADA-systemer udviklet af uafhængige producenter;

• SCADA-systemer er komponenter i end-to-end programmeringssystemer.

Controllerudstyrsproducentens opgave med at udvikle deres eget SCADA-system er at give slutbrugeren et værktøj til at udvikle visualiseringsapplikationer ved hjælp af controllere fra denne producent.

Følgende hovedkarakteristika ved sådanne systemer kan skelnes:

• grænsefladen af ​​disse systemer gentager grænsefladen for midler til at skrive software til controllerudstyret;

• SCADA-systemkomponenter er optimeret til at arbejde med data modtaget fra kontroludstyr fra en specifik producent;

• Grænseflader til dataudveksling med udstyr fra andre producenter er dårligt implementeret eller svære at bruge.

Et klassisk eksempel på et sådant system er Siemens WinCC… Brugen af ​​sådanne proprietære systemer minimerer på den ene side omkostningerne til uddannelse af softwareudviklingsspecialister, men på den anden side binder det både udvikleren og slutbrugeren af ​​systemet til en bestemt producent eller endda til en bestemt linje af udstyr fra én producent.

Derudover blev en række producenter af kontroludstyr tvunget til at udvikle deres egne SCADA-systemer til markedsføringsformål uden at give deres softwareprodukter det nødvendige niveau af support og vedligeholdelse.

Tredjeparts SCADA-systemer er de mest fleksible værktøjer til at skabe procesvisualisering og kontrolapplikationer. Deres fordele omfatter understøttelse af et stort antal funktioner til at skabe decentrale og distribuerede kontrolsystemer, samt muligheden for at integrere udstyr fra forskellige, herunder konkurrerende, producenter i ét system.

For at udveksle data med executive-udstyr bruger sådanne systemer software I/O-servere, der implementerer DDE- eller OPC-grænseflader. Udbredelsen af ​​sådanne SCADA-systemer såvel som behovet for at overholde standarder for automatiseringsværktøj førte til, at alle udviklere af controllerudstyr har deres egen OPC- eller DDE-softwareservere, som leveres komplet med udstyr eller på bestilling.

Da ende-til-ende programmeringssystemet omfatter udvikling af operatørstationer som en integreret del af styresystemet, indeholder det altid separate komponenter af SCADA-systemet. Men da hele systemet fungerer som en helhed, kan disse komponenter også være komponenter i andre moduler i end-to-end programmeringssystemet, eller det kan være umuligt at adskille SCADA-systemet i dets rene form til et softwareprodukt.

Sådanne systemer har de samme fordele og ulemper som SCADA-systemer udviklet af controllerproducenter, idet der tages højde for to hovedforskelle:

• SCADA-systemer, som er en integreret del af end-to-end programmeringssystemer, har praktisk talt ingen interoperabilitet med software og hardware fra andre producenter;

• SCADA-systemets rolle i sådanne applikationer er begrænset til udviklingen af ​​en grafisk grænseflade.

Sammensætning og struktur af SCADA-systemer

Sammensætning og struktur af SCADA-systemer

Typisk består SCADA-systemer af to separate sæt softwareprodukter: et udviklingsmiljø og et eksekveringsmiljø.

Udviklingsmiljø kaldes det sæt, som miljøet til visualisering af den teknologiske proces er designet og konfigureret med.

Miljø under arbejdet — dette er et sæt softwareprodukter, der er nødvendige for arbejdet med programmets projekt til visualisering af den teknologiske proces i operatørens station.

Separat bør spørgsmålet om samspillet mellem udviklingsmiljøet og runtime-miljøet under arbejde med det samme projekt af udvikleren og operatøren overvejes:

1. Ændringer foretaget af udvikleren træder i kraft med det samme.

2. Kørselstiden afspejler de ændringer, der er foretaget som fundet i projektets kildekode.

3. Ændringer afspejles ved kørsel ved genstart eller forcering.

Implementeringen af ​​den første type interaktion gør det muligt at demonstrere produktets muligheder ganske klart og effektivt i kommercielle præsentationer, og derfor implementeres det nogle gange i de endelige softwareprodukter. Men når du arbejder med rigtige projekter, er der en potentiel fare for at mangle en del af den grafiske grænseflade eller dynamisk bevægelse af kontroller. I denne henseende er den anden og tredje type interaktion eller deres kombination de mest udbredte.

Følgende hoveddele af SCADA-systemet kan skelnes:

• tag base;

• grafisk display modul;

• script processor;

• alarm- og advarselssystem;

• modul til arkivering af teknologiske procesparametre.

SCADA System Tag Er et objekt til lagring af værdien af ​​en teknologisk procesparameter og dens egenskaber. Etiketter kaldes nogle gange forkert "variabler". Samtidig er begrebet label tættest på definitionen af ​​en klasse i objektorienterede programmeringssprog.

Det grafiske displaymodul implementerer projektets grafiske grænseflade. Som regel er en grafisk grænseflade et sæt skærmformularer med grafiske elementer placeret på dem. Opgaven med at skabe en skærm er reduceret til at placere grafiske elementer på skærmformer og indstille deres egenskaber.

I processen med at kalde, vise og lukke skærmformularer, når du klikker på grafiske objekter, ændrer egenskaber eller værdier for individuelle tags, er det nødvendigt at udføre beregninger eller handlinger, for hvilke der er script motor… Scripts kaldes også "makroer" eller "scripts" i nogle systemer.

De fleste SCADA-systemscripts, der implementerer den grafiske grænseflade på automatiserede operatørarbejdsstationer, er museklik-behandlere på grafiske elementer.

Til scripts tilbyder SCADA-systemer fra forskellige producenter et eller flere sprog. Systemer udviklet af controllerproducenter eller som en del af end-to-end programmeringssystemer tilbyder normalt de samme programmeringssprog til scripting som til skrivning controller software… Tredjeparts SCADA-systemer tilbyder ofte specialiserede makroscriptsprog.

Brug af generelle programmeringssprog giver dig mulighed for at implementere komplekse brugergrænseflader og ikke-standardiserede metoder til at arbejde med data ved at få adgang til yderligere biblioteker og API'er.

Samtidig skal udvikleren under alle omstændigheder studere funktionsbiblioteker til at arbejde med SCADA-systemkomponenter, på samme måde som makrosprog studeres, og den implementerede kode kan være potentielt farlig eller arve fejl fra tredjepartsfunktion biblioteker.

Alarmsystem har til formål at underrette operatøren om værdien af ​​procesparameteren uden for de tilladte grænser. Som regel kan der for hver teknologisk parameter indstilles 2 typer indstillinger, i henhold til hvilke meddelelsen vises: henholdsvis nød- og advarselsindstillinger.

Afhængigt af systemets muligheder indstilles disse indstillinger i henhold til et eller flere kriterier:

• Uden for rækkevidde. I dette tilfælde er der: øvre og nedre advarselsværdier og øvre og nedre alarmværdier.

• En afvigelse fra den nominelle værdi af en eller anden værdi. Fordel minimum og maksimum tilladte afvigelser fra den indstillede værdi.

• Indstilling af den maksimalt tilladte ændringshastighed for procesparameterværdien. Værdier for tilladte områdeindstillinger er angivet i absolutte enheder, og afvigelse fra nominel og ændringshastighed kan angives både i absolutte enheder og som en procentdel af den aktuelle værdi eller sætpunktsværdi.

På grund af at antallet af parametre, som nød- og advarselssetpunkter er indstillet for, for én teknologisk proces kan være stort, er det i SCADA-systemer muligt at kombinere de teknologisk styrede parametre i grupper, samt at sætte prioritetsniveauet for evt. sætpunkt.

Hovedopgaven backup modul — giver mulighed for at vise grafer over teknologiske parametre (trends) på monitorskærmen i en relativt kort periode, samt opbygning af enkle rapporter. Modulet til arkivering af værdierne i SCADA-systemet skal give følgende funktioner:

• arkivering af værdier i en lokal database med en bestemt frekvens eller ændring;

• ved arkivering af værdier ved ændring - mulighed for at indstille død zone til arkivering;

• sæt en lokal databasestørrelsesgrænse;

• indstilling af tidspunktet for lagring af værdier;

• udføre rutinevedligeholdelse for at fjerne forældede eller tidligste værdier, når lagringstid eller databasestørrelse overskrides i automatisk tilstand;

• tilgængelighed af en grænseflade til at bygge grafer over arkivværdier og se dem;

• tilgængelighed af et system til eksport af parameterværdier for den angivne periode i form af en tabel med værdier.