Duomenų gavimo ir veikimo valdymo sistemos (SCADA sistemos)

Terminas Priežiūros kontrolės ir duomenų gavimo sistema arba SCADA sistema atsirado devintojo dešimtmečio pabaigoje. XX amžiuje. kartu su pirmaisiais bandymais naudoti asmeninius kompiuterius su juose įdiegtomis grafinėmis programomis kaip operatoriaus pultus.

Pirmosios SCADA sistemos buvo sukurtos DOS arba Unix operacinėms sistemoms ir turėjo gana kuklias galimybes tiek dėl aparatinės įrangos ribotumo, tiek dėl operacinių sistemų grafinių galimybių. SCADA sistemos paplito kartu su grafinių sąsajų, tokių kaip „Windows 3.11“, „X-Windows“, „Phantom“ ir aparatinės įrangos, leidžiančios pasiekti reikiamą procesų vykdymo greitį kelių užduočių režimais, atsiradimu.

SCADA sistemų, kaip aukščiausio lygio programinės įrangos kūrimo įrankių, atsiradimo priežastis yra panaši į tokių sistemų kaip Borland Delphi ir kitų vizualinio programavimo sistemų atsiradimo priežastis.Pagrindinė jų užduotis – atleisti programinės įrangos kūrėjus nuo įprastos ir, tiesą sakant, nenaudingos standartinių sąsajų ir funkcijų aprašymo naštos. Kartu reikia suprasti, kad SCADA sistemų naudojimas nereiškia kūrėjo kvalifikacijos reikalavimų sumažinimo, kaip jie bando įsivaizduoti.

Išskirkite sistemas MMI (žmogaus mašinos sąsaja) ir SCADA, nes jie abu sėkmingai vystėsi nepriklausomai vienas nuo kito, užimdami skirtingas nišas įrenginių rinkoje HMI (žmogaus mašinos sąsaja).

MMI sistemos iš tikrųjų yra vietiniai atskirų įrenginių ar technologinių įrenginių valdymo pultai, aprūpinti raidiniais skaitmeniniais ekranais ir klaviatūromis arba grafiniais, dažniausiai lietimui jautriais ekranais.

Daugeliu atvejų MMI įrenginys yra įdiegtas naudojant specialų valdiklį, o jo programinė dalis nereikalauja jokių papildomų modifikacijų ar pakeitimų.

Tuo pačiu metu SCADA sistemos apima standartinių asmeninių kompiuterių ir operacinių sistemų naudojimą, yra naudojamos automatizuoti didelių technologinių procesų, kuriuose dalyvauja daug vykdomųjų įrenginių ir technologinių vienetų, valdymo procesą, taip pat palaiko galimybę diegti paskirstytas programas (naudojant kelias operatorių pultas) ...

Neįmanoma nubrėžti aiškios ribos tarp MMI ir SCADA sistemų, nes egzistuoja visapusiškos programavimo sistemos, kuriose dažnai nėra skirtumo tarp programinės įrangos kūrimo priemonių skirtingiems valdymo sistemos lygiams.

Vieno standarto, apibūdinančio SCADA sistemų paskirtį ir funkcinę sudėtį, nebuvimas bei paties termino „SCADA“ interpretacijų skirtumai apsunkina šios klasės sistemų klasifikavimą ir palyginimą.

Galima išskirti šias pagrindines SCADA sistemų grupes:

• Valdiklių gamintojų sukurtos SCADA sistemos;

• Nepriklausomų gamintojų sukurtos SCADA sistemos;

• SCADA sistemos yra galutinio programavimo sistemų komponentai.

Valdiklio įrangos gamintojo užduotis kuriant savo SCADA sistemą yra pateikti galutiniam vartotojui įrankį vizualizavimo programoms kurti naudojant to gamintojo valdiklius.

Galima išskirti šias pagrindines tokių sistemų charakteristikas:

• šių sistemų sąsaja pakartoja valdiklio įrangos programinės įrangos rašymo priemonių sąsają;

• SCADA sistemos komponentai yra optimizuoti darbui su duomenimis, gautais iš konkretaus gamintojo valdymo įrangos;

• Sąsajos, skirtos keistis duomenimis su kitų gamintojų įranga, yra prastai įdiegtos arba sunkiai naudojamos.

Klasikinis tokios sistemos pavyzdys yra Siemens WinCC… Tokių patentuotų sistemų naudojimas, viena vertus, sumažina programinės įrangos kūrimo specialistų rengimo išlaidas, tačiau, kita vertus, tai griežtai įpareigoja tiek kūrėją, tiek galutinį sistemos vartotoją su konkrečiu gamintoju ar net su konkrečiu vieno gamintojo įrangos linija.

Be to, nemažai valdymo įrangos gamintojų rinkodaros tikslais buvo priversti kurti savo SCADA sistemas, nesuteikdami savo programinės įrangos produktams reikiamo lygio palaikymo ir priežiūros.

Trečiųjų šalių SCADA sistemos yra lankstiausi įrankiai kuriant procesų vizualizavimo ir valdymo programas. Jų pranašumai apima daugelio funkcijų palaikymą kuriant decentralizuotas ir paskirstytas valdymo sistemas, taip pat galimybę integruoti skirtingų, įskaitant konkuruojančius, gamintojų įrangą į vieną sistemą.

Duomenims keistis su vykdomąja įranga tokiose sistemose naudojami programinės įrangos įvesties / išvesties serveriai, kuriuose įdiegtos DDE arba OPC sąsajos. Tokių SCADA sistemų paplitimas, taip pat poreikis laikytis automatizavimo įrankių standartų lėmė tai, kad visi valdiklių įrangos kūrėjai turi savo OPC arba DDE programinės įrangos serveriai, kurie pristatomi komplekte su įranga arba pagal užsakymą.

Kadangi programavimo sistema nuo galo iki galo apima operatorių stočių kūrimą kaip neatskiriamą valdymo sistemos dalį, joje visada yra atskiri SCADA sistemos komponentai. Tačiau kadangi visa sistema veikia kaip visuma, šie komponentai taip pat gali būti kitų galutinio programavimo sistemos modulių komponentai arba gali būti neįmanoma atskirti SCADA sistemos gryna forma į programinės įrangos produktą.

Tokios sistemos turi tuos pačius privalumus ir trūkumus, kaip ir valdiklių gamintojų sukurtos SCADA sistemos, atsižvelgiant į du pagrindinius skirtumus:

• SCADA sistemos, kurios yra neatsiejama nuo galo iki galo programavimo sistemų dalis, praktiškai neturi sąveikos su kitų gamintojų programine ir technine įranga;

• SCADA sistemos vaidmuo tokiose programose apsiriboja grafinės sąsajos kūrimu.

SCADA sistemų sudėtis ir struktūra

SCADA sistemų sudėtis ir struktūra

Paprastai SCADA sistemos susideda iš dviejų atskirų programinės įrangos produktų rinkinių: kūrimo aplinkos ir vykdymo aplinkos.

Plėtros aplinka vadinamas rinkiniu, su kuriuo projektuojama ir konfigūruojama technologinio proceso vizualizavimo aplinka.

Aplinka darbo metu — tai programinės įrangos produktų, reikalingų darbui su technologinio proceso vizualizavimo operatoriaus stotyje programos projektu, rinkinys.

Atskirai reikėtų apsvarstyti kūrimo aplinkos ir vykdymo aplinkos sąveikos klausimą dirbant su tuo pačiu kūrėjo ir operatoriaus projektu:

1. Kūrėjo atlikti pakeitimai įsigalioja nedelsiant.

2. Vykdymo laikas atspindi pakeitimus, padarytus, kaip rasti projekto šaltinio kode.

3. Pakeitimai atsispindi vykdymo metu, kai paleidžiama iš naujo arba priverstinai.

Pirmojo tipo sąveikos įgyvendinimas leidžia gana aiškiai ir efektyviai parodyti produkto galimybes komerciniuose pristatymuose, todėl kartais jis įdiegiamas galutiniuose programinės įrangos produktuose. Tačiau dirbant su tikrais projektais, gali trūkti grafinės sąsajos dalies arba dinamiškai judėti valdikliais. Šiuo atžvilgiu labiausiai paplitęs antrasis ir trečiasis sąveikos tipai arba jų derinys.

Galima išskirti šias pagrindines SCADA sistemos dalis:

• žymos pagrindas;

• grafinis ekrano modulis;

• scenarijų procesorius;

• signalizacijos ir įspėjimo sistema;

• technologinio proceso parametrų archyvavimo modulis.

SCADA sistemos žyma Tai objektas, skirtas saugoti technologinio proceso parametro vertę ir jo savybes. Etiketės kartais neteisingai vadinamos „kintamaisiais“. Tuo pačiu metu etiketės sąvoka yra arčiausiai objektinio programavimo kalbų klasės apibrėžimo.

Grafinio ekrano modulis įgyvendina grafinę projekto sąsają. Paprastai grafinė sąsaja yra ekrano formų rinkinys su grafiniais elementais. Ekrano kūrimo užduotis apsiriboja grafinių elementų išdėstymu ant ekrano formų ir jų savybių nustatymo.

Iškviečiant, rodant ir uždarant ekrano formas, spustelėjus grafinius objektus, keičiant atskirų žymų ypatybes ar reikšmes, reikia atlikti skaičiavimus ar veiksmus, kuriems yra scenarijaus variklis... Kai kuriose sistemose scenarijai taip pat vadinami „makrokomandomis“ arba „skriptais“.

Dauguma SCADA sistemos scenarijų, įgyvendinančių automatizuotų operatoriaus darbo vietų grafinę sąsają, yra grafinių elementų pelės paspaudimų tvarkyklės.

Scenarijų atveju skirtingų gamintojų SCADA sistemos siūlo vieną ar daugiau kalbų. Sistemos, kurias sukūrė valdiklių gamintojai arba yra visapusiškų programavimo sistemų dalis, paprastai siūlo tokias pačias programavimo kalbas scenarijui kurti kaip ir rašyti. valdiklio programinė įranga... Trečiųjų šalių SCADA sistemos dažnai siūlo specializuotas makrokomandų rašymo kalbas.

Bendrosios paskirties programavimo kalbų naudojimas leidžia įdiegti sudėtingas vartotojo sąsajas ir nestandartinius darbo su duomenimis metodus, pasiekiant papildomas bibliotekas ir API.

Tuo pačiu metu kūrėjas bet kuriuo atveju turi išnagrinėti funkcijų bibliotekas darbui su SCADA sistemos komponentais, kaip ir makrokomandų kalbos, o įdiegtas kodas gali būti potencialiai pavojingas arba paveldėti klaidas iš trečiosios šalies funkcijos. bibliotekos .

Apsaugos sistema skirta informuoti operatorių apie proceso parametro vertę, viršijančią leistinas ribas. Paprastai kiekvienam technologiniam parametrui gali būti nustatyti 2 nustatymų tipai, pagal kuriuos bus rodomas pranešimas: atitinkamai avariniai ir įspėjimo nustatymai.

Atsižvelgiant į sistemos galimybes, šie nustatymai nustatomi pagal vieną ar daugiau kriterijų:

• Nepasiekiamas. Šiuo atveju yra: viršutinė ir apatinė įspėjimo reikšmės bei viršutinė ir apatinė aliarmo reikšmės.

• Kai kurios vertės nuokrypis nuo nominalios vertės. Paskirstykite minimalius ir didžiausius leistinus nuokrypius nuo nustatytos vertės.

• Didžiausios leistinos proceso parametro reikšmės kitimo greičio nustatymas. Leidžiamo diapazono parametrų reikšmės nurodomos absoliučiais vienetais, o nuokrypis nuo vardinio ir pokyčio greitis gali būti nurodytas tiek absoliučiais vienetais, tiek procentais nuo dabartinės ar nustatytosios vertės.

Kadangi vienam technologiniam procesui parametrų, kuriems nustatomos avarinės ir įspėjimo vertės, skaičius gali būti didelis, SCADA sistemose galima sujungti technologiškai valdomus parametrus į grupes, taip pat nustatyti bet kurio prioriteto lygį. nustatytas taškas.

Pagrindinė užduotis atsarginis modulis — galimybė palyginti trumpą laiką monitoriaus ekrane atvaizduoti technologinių parametrų grafikus (Trends), taip pat sudaryti paprastas ataskaitas. SCADA sistemos reikšmių archyvavimo modulis turėtų atlikti šias funkcijas:

• vertybių archyvavimas vietinėje duomenų bazėje tam tikru dažnumu ar pasikeitimu;

• archyvuojant vertes pasikeitus – galimybė nustatyti negyvąją zoną archyvavimui;

• nustatyti vietinės duomenų bazės dydžio limitą;

• verčių saugojimo laiko nustatymas;

• atlikti įprastinę priežiūrą, kad būtų pašalintos pasenusios ar ankstyviausios reikšmės, kai viršijamas saugojimo laikas arba duomenų bazės dydis automatiniu režimu;

• sąsajos prieinamumas archyvinių verčių grafikams kurti ir jas peržiūrėti;

• parametrų verčių eksportavimo sistemos prieinamumas nurodytam laikotarpiui verčių lentelės pavidalu.