Datu iegūšanas un darbības kontroles sistēmas (SCADA sistēmas)

Termins Uzraudzības kontroles un datu iegūšanas sistēma jeb SCADA sistēma parādījās 80. gadu beigās. XX gadsimts. vienlaikus ar pirmajiem mēģinājumiem izmantot personālos datorus ar tajos instalētām grafiskām lietojumprogrammām kā operatora konsoles.

Pirmās SCADA sistēmas tika izstrādātas DOS vai Unix operētājsistēmām, un tām bija diezgan pieticīgas iespējas gan aparatūras aparatūras ierobežojumu, gan operētājsistēmu grafisko iespēju dēļ. SCADA sistēmas kļuva plaši izplatītas vienlaikus ar grafisko saskarņu parādīšanos, piemēram, Windows 3.11, X-Windows, Phantom un aparatūru, kas ļauj sasniegt nepieciešamo procesu izpildes ātrumu daudzuzdevumu režīmos.

SCADA sistēmu kā augstākā līmeņa programmatūras izstrādes rīku parādīšanās iemesls ir līdzīgs tādu sistēmu kā Borland Delphi un citu vizuālās programmēšanas sistēmu rašanās iemesliem.Viņu galvenais uzdevums ir atbrīvot programmatūras izstrādātājus no ikdienas un bezjēdzīgā standarta saskarņu un funkciju aprakstīšanas. Tajā pašā laikā jāsaprot, ka SCADA sistēmu izmantošana nenozīmē izstrādātāja kvalifikācijas prasību samazināšanu, kā viņi mēģina iedomāties.

Atšķiriet sistēmas MMI (cilvēka mašīnas saskarne) un SCADA, jo tie abi veiksmīgi attīstījās neatkarīgi viens no otra, ieņemot dažādas nišas ierīču tirgū HMI (cilvēka mašīnas saskarne).

MMI sistēmas faktiski ir lokāli vadības paneļi atsevišķām ierīcēm vai tehnoloģiskām instalācijām, kas aprīkoti ar burtciparu ekrāniem un tastatūrām vai grafiskajiem, parasti skārienekrāniem.

Vairumā gadījumu MMI ierīce tiek realizēta, izmantojot īpašu kontrolieri, un tās programmatūras daļa neparedz nekādas papildu modifikācijas vai izmaiņas.

Tajā pašā laikā SCADA sistēmas ietver standarta personālo datoru un operētājsistēmu izmantošanu, tiek izmantotas, lai automatizētu lielu tehnoloģisko procesu pārvaldības procesu, kurā ir iesaistīts liels skaits izpildierīču un tehnoloģisko vienību, kā arī atbalsta iespēju izplatītu lietojumprogrammu ieviešana (izmantojot vairākas operatora konsoles) ...

Nav iespējams novilkt skaidru robežu starp MMI un SCADA sistēmām, jo ​​pastāv pilnīgas programmēšanas sistēmas, kurās bieži vien nav atšķirības starp programmatūras izstrādes rīkiem dažādiem vadības sistēmas līmeņiem.

Vienota standarta trūkums, kas raksturotu SCADA sistēmu mērķi un funkcionālo sastāvu, un paša termina "SCADA" interpretācijas atšķirības apgrūtina šīs klases sistēmu klasifikāciju un salīdzināšanu.

Var izdalīt šādas galvenās SCADA sistēmu grupas:

• SCADA sistēmas, ko izstrādājuši kontrolieru ražotāji;

• Neatkarīgu ražotāju izstrādātas SCADA sistēmas;

• SCADA sistēmas ir pilnīgas programmēšanas sistēmu sastāvdaļas.

Kontrolieru iekārtu ražotāja uzdevums, izstrādājot savu SCADA sistēmu, ir nodrošināt gala lietotāju ar rīku vizualizācijas lietojumprogrammu izstrādei, izmantojot šī ražotāja kontrollerus.

Var izšķirt šādas šādu sistēmu galvenās īpašības:

• šo sistēmu saskarne atkārto kontroliera iekārtu programmatūras rakstīšanas līdzekļu saskarni;

• SCADA sistēmas komponenti ir optimizēti darbam ar datiem, kas saņemti no konkrēta ražotāja vadības iekārtām;

• Saskarnes datu apmaiņai ar citu ražotāju iekārtām ir vāji ieviestas vai grūti lietojamas.

Klasisks šādas sistēmas piemērs ir Siemens WinCC… Šādu patentētu sistēmu izmantošana, no vienas puses, samazina programmatūras izstrādes speciālistu apmācības izmaksas, bet, no otras puses, tā stingri saista gan sistēmas izstrādātāju, gan gala lietotāju ar konkrētu ražotāju vai pat ar konkrētu ražotāju. viena ražotāja aprīkojuma līnija.

Turklāt vairāki vadības iekārtu ražotāji bija spiesti izstrādāt savas SCADA sistēmas mārketinga nolūkos, nenodrošinot savus programmatūras produktus ar nepieciešamo atbalsta un apkopes līmeni.

Trešās puses SCADA sistēmas ir viselastīgākie rīki procesu vizualizācijas un kontroles lietojumprogrammu izveidei. To priekšrocības ietver daudzu funkciju atbalstu decentralizētu un sadalītu vadības sistēmu izveidei, kā arī iespēju integrēt dažādu, tostarp konkurējošu, ražotāju iekārtas vienā sistēmā.

Lai apmainītos ar datiem ar izpildierīcēm, šādas sistēmas izmanto programmatūras I / O serverus, kas ievieš DDE vai OPC saskarnes. Šādu SCADA sistēmu izplatība, kā arī nepieciešamība ievērot automatizācijas rīku standartus, noveda pie tā, ka visiem kontrolieru iekārtu izstrādātājiem ir savs. OPC vai DDE programmatūras serveri, kas tiek piegādāti komplektā ar aprīkojumu vai pēc pasūtījuma.

Tā kā visaptverošā programmēšanas sistēma ietver operatoru staciju izstrādi kā vadības sistēmas neatņemamu sastāvdaļu, tā vienmēr satur atsevišķas SCADA sistēmas sastāvdaļas. Tomēr, tā kā visa sistēma darbojas kā veselums, šie komponenti var būt arī citu pilnīgas programmēšanas sistēmas moduļu sastāvdaļas, vai arī var būt neiespējami nodalīt SCADA sistēmu tīrā veidā programmatūras produktā.

Šādām sistēmām ir tādas pašas priekšrocības un trūkumi kā kontrolieru ražotāju izstrādātajām SCADA sistēmām, ņemot vērā divas galvenās atšķirības:

• SCADA sistēmām, kas ir neatņemama end-to-end programmēšanas sistēmu sastāvdaļa, praktiski nav savietojamības ar citu ražotāju programmatūru un aparatūru;

• SCADA sistēmas loma šādos lietojumos aprobežojas ar grafiskā interfeisa izstrādi.

SCADA sistēmu sastāvs un struktūra

SCADA sistēmu sastāvs un struktūra

Parasti SCADA sistēmas sastāv no divām atsevišķām programmatūras produktu kopām: izstrādes vides un izpildes vides.

Attīstības vide sauc par kopu, ar kuru tiek projektēta un konfigurēta tehnoloģiskā procesa vizualizācijas vide.

Vide darba laikā — tas ir programmatūras produktu komplekts, kas nepieciešams darbam pie tehnoloģiskā procesa vizualizācijas programmas projekta operatora stacijā.

Atsevišķi jāapsver jautājums par mijiedarbību starp izstrādes vidi un izpildlaika vidi, strādājot ar vienu un to pašu izstrādātāja un operatora projektu:

1. Izstrādātāja veiktās izmaiņas stājas spēkā nekavējoties.

2. Izpildlaiks atspoguļo veiktās izmaiņas, kā atrasts projekta pirmkodā.

3. Izmaiņas tiek atspoguļotas izpildlaikā, atsāknējot vai piespiežot.

Pirmā veida mijiedarbības ieviešana ļauj diezgan skaidri un efektīvi demonstrēt produkta iespējas komerciālās prezentācijās, un tāpēc dažreiz tas tiek ieviests gala programmatūras produktos. Tomēr, strādājot ar reāliem projektiem, pastāv iespēja pazust daļa grafiskā interfeisa vai dinamiska vadības ierīču kustība. Šajā sakarā visizplatītākais ir otrais un trešais mijiedarbības veids vai to kombinācija.

Var izdalīt šādas galvenās SCADA sistēmas daļas:

• tagu bāze;

• grafiskais displeja modulis;

• skriptu procesors;

• trauksmes un brīdināšanas sistēma;

• tehnoloģiskā procesa parametru arhivēšanas modulis.

SCADA sistēmas tags Ir objekts tehnoloģiskā procesa parametra vērtības un tā īpašību glabāšanai. Etiķetes dažreiz tiek nepareizi sauktas par "mainīgajiem". Tajā pašā laikā etiķetes jēdziens ir vistuvākais klases definīcijai objektorientētās programmēšanas valodās.

Grafiskā displeja modulis realizē projekta grafisko interfeisu. Parasti grafiskais interfeiss ir ekrāna formu kopums ar grafiskiem elementiem, kas atrodas uz tiem. Ekrāna izveides uzdevums ir samazināts līdz grafisko elementu novietošanai uz ekrāna formām un to īpašību iestatīšanai.

Ekrāna formu izsaukšanas, parādīšanas un aizvēršanas procesā, noklikšķinot uz grafiskiem objektiem, mainot atsevišķu tagu rekvizītus vai vērtības, ir jāveic aprēķini vai darbības, kurām ir skriptu dzinējs… Skriptus dažās sistēmās sauc arī par “makro” vai “skriptiem”.

Lielākā daļa SCADA sistēmas skriptu, kas ievieš automatizēto operatoru darbstaciju grafisko interfeisu, ir peles klikšķu apstrādātāji uz grafiskajiem elementiem.

Skriptiem dažādu ražotāju SCADA sistēmas piedāvā vienu vai vairākas valodas. Sistēmas, ko izstrādājuši kontrolleru ražotāji vai kā daļu no pilnīgas programmēšanas sistēmām, parasti piedāvā tādas pašas programmēšanas valodas skriptēšanai kā rakstīšanai kontroliera programmatūra… Trešās puses SCADA sistēmas bieži piedāvā specializētas makro skriptu valodas.

Universālas programmēšanas valodu izmantošana ļauj ieviest sarežģītas lietotāja saskarnes un nestandarta metodes darbam ar datiem, piekļūstot papildu bibliotēkām un API.

Tajā pašā laikā izstrādātājam jebkurā gadījumā ir jāizpēta funkciju bibliotēkas darbam ar SCADA sistēmas komponentiem, tāpat kā tiek pētītas makro valodas, un ieviestais kods var būt potenciāli bīstams vai mantot kļūdas no trešās puses funkcijas. bibliotēkas.

Signalizācijas sistēma ir paredzēts operatoram paziņot procesa parametra vērtību ārpus pieļaujamajām robežām. Parasti katram tehnoloģiskajam parametram var iestatīt 2 veidu iestatījumus, saskaņā ar kuriem tiks parādīts paziņojums: attiecīgi avārijas un brīdinājuma iestatījumi.

Atkarībā no sistēmas iespējām šie iestatījumi tiek iestatīti saskaņā ar vienu vai vairākiem kritērijiem:

• Ārpus diapazona. Šajā gadījumā ir: augšējās un apakšējās brīdinājuma vērtības un augšējās un apakšējās trauksmes vērtības.

• Novirze no kādas vērtības nominālvērtības. Sadaliet minimālās un maksimālās pieļaujamās novirzes no iestatītās vērtības.

• Maksimāli pieļaujamā procesa parametra vērtības maiņas ātruma iestatīšana. Pieļaujamā diapazona iestatījumu vērtības tiek norādītas absolūtās vienībās, un novirzi no nominālā un izmaiņu ātruma var norādīt gan absolūtās vienībās, gan procentos no pašreizējās vai uzdotās vērtības.

Sakarā ar to, ka vienam tehnoloģiskajam procesam parametru skaits, kuriem tiek iestatītas avārijas un brīdinājuma uzdotās vērtības, var būt liels, SCADA sistēmās ir iespējams tehnoloģiski vadāmos parametrus apvienot grupās, kā arī noteikt prioritātes līmeni jebkuram. iestatītais punkts.

Galvenais uzdevums rezerves modulis — nodrošinot iespēju salīdzinoši īsu laiku monitora ekrānā attēlot tehnoloģisko parametru grafikus (Trends), kā arī veidot vienkāršas atskaites. SCADA sistēmas vērtību arhivēšanas modulim jānodrošina šādas funkcijas:

• vērtību arhivēšana vietējā datu bāzē ar noteiktu biežumu vai izmaiņām;

• arhivējot vērtības, mainoties - iespēja iestatīt mirušo zonu arhivēšanai;

• iestatīt lokālās datu bāzes izmēra ierobežojumu;

• vērtību saglabāšanas laika iestatīšana;

• veikt kārtējo apkopi, lai noņemtu novecojušas vai agrākās vērtības, ja automātiskajā režīmā tiek pārsniegts uzglabāšanas laiks vai datu bāzes lielums;

• saskarnes pieejamība arhīva vērtību grafiku veidošanai un to apskatei;

• sistēmas pieejamība parametru vērtību eksportēšanai norādītajam periodam vērtību tabulas veidā.