6.58M

Category:

software

Что такое SCADA

1.

SCADA
К.т.н., доцент Буленков Евгений
Александрович

2.

Содержание
1. Основные сведения.
Что такое SCADA.
2. SCADA в контексте Индустрии 4.0
Посмотрим как Индустрия 4.0
влияет на SCADA

Этапы развития АСУТП
Первый этап – внедрение систем
автоматического регулирования (САР)
Объекты управления – отдельные
параметры, установки, агрегаты;
Решение задач стабилизации программного
управления, слежения переходит от
человека к САР.

6.

Второй этап – автоматизация технологических
процессов
Объекты управления - с помощью САУ
рассредоточенные в пространстве системы
управления ТП
Реализация задач оптимального и
адаптивного управления, идентификация
объекта и состояния системы, массовое
внедрение средств телемеханики в
управлении ТП

7.

Третий этап- автоматизированные системы
управления технологическими процессами
с
внедрением
средств
ВТ,
микропроцессоров,
вычислительных
систем
Активное развитие человеко-машинных
систем управления, инженерной
психологии, использование методов и
моделей исследования операций
Создание систем диспетчерского
управления на основе использования
информационных систем сбора,передачи,
обработки, отображения и представления
информации

8.

Современные системы управления
производством
Современные интегрированные системы
управления производством строятся по
принципу пирамиды и охватывают весь цикл
работы предприятия от систем управления
нижнего уровня до систем управления
предприятия в целом

9.

Ядром системы является корпоративная
ERP-система ((Enterprise Resource Planning
– планирование ресурсов предприятия),
состоящая из модулей продаж, закупок,
управления запасами, управления
персоналом, управления производством,
планирования и бухгалтерского учета.
Система предоставляет руководству
предприятия следующие информационные
материалы: информацию о заказах,
информацию о закупках, данные о запасах,
численность, з/плата, технические отчеты,
планы, календари, финансовую отчетность.

10.

MES-системы (Manufacturing Execution
System или Manufacturing Enterprise
Solutions) – это система управления
производством продукции.
Её основное назначение – оперативное
планирование/перепланирование,
оптимизация производственных графиков,
оперативное управление процессом
производства, управление сроками поставок,
качеством в реальном масштабе времени.
Имея оперативные данные, MES-системы
активно взаимодействуют с ERP-системами.

11.

SCADA-системы решают следующие
задачи: визуализация технологического
процесса; сбор данных с различных
источников измерительной информации,
например, с использованием протоколов DDE
(Dynamic Data Exchange), OPC (OLE for
Process Control) и фирменным протоколам;
поддержка языка SQL для создания,
удаления, чтения, записи, модификации
информации в таблицах БД. В SCADAсистемах принципиально важной является
работа в реальном масштабе времени.

12.

Особенности современных систем
Дистанционного управления
Реализация современных систем ДУ
имеет ярко выраженный динамический
характер
Необходимость построения эффективного
человеко-машинного интерфейса,
ориентированного на человека-диспетчера
От диспетчера требуется глубокое знание
как технологического процесса, так и опыт
работы в информационных системах
Умение диспетчера принимать решение в
нештатных и аварийных ситуациях в
диалоге с ЭВМ
Повышенная надежность систем ДУ

13.

Указанные выше особенности и требования к
системам ДУ явились предпосылкой для
появления нового подхода к разработке таких
систем, ориентированных на
оператора/диспетчера и его задачиконцепция SСADA (Supervisory Control
And Data Acquisition - диспетчерское
управление и сбор данных)
Дружественность человеко-машинного
интерфейса, предоставляемого SСADAсистемами, полнота и наглядность
представляемой на экране информации,
доступность рычагов управления, удобство
пользования подсказками и справочной
системой.

14.

Функциональные возможности
SCADA систем
Сбор первичной информации от устройств
нижнего уровня
Обработка первичной информации
Визуализация параметров технологического
процесса и оборудования с помощью
мнемосхем, графиков, таблиц
Вызов необходимых данных на экран дисплея

15.

Функциональные возможности
SCADA систем
Дистанционное управление технологическими
процессами и объектами
Сообщение персоналу о аварийных и
предаварийных ситуациях (световая и
звуковая сигнализация)
Регистрация внештатных ситуаций и
накопление архивных данных
Предоставление текущих, накопленных
данных в виде графиков(трендов)

16.

Функциональные возможности
SCADA систем
Хранение информации с возможностью ее
постобработки
Автоматизированная разработка, дающая
возможность создания ПО системы
автоматизации без реального
программирования
Изменение всех функций SCADA-системы
(масштабирование)
Передача-прием необходимых данных в
систему верхнего уровня

17.

Функциональные возможности
SCADA систем
Обеспечение диагностических процедур, их
протоколирование и автоматическое
сообщение о них оператору
Обеспечения надежного ведения
технологических процессов и всей системы
(горячее резервирование)
Защита от несанкционированного доступа
Определение участков и уровней для
пользователя (с учетом приоритета)

18.

Пример использования SCADA – 5:10

19.

SCADA-системы на рынке России
SCADA
Фирма
изготовитель
Страна
Factory Link
United States DATA Co.
США
InTouch
Wonderware
США
Genesis
Iconics
США
WinCC
Siemens
Герман
ия
Realflex
BJ Software Systems
США
Sitex
Jade Software
Англия
FIX
Intellution
США
Trace Mode
AdAstra
Россия
RSView
Rockwell Software Inc.
США
Круг-2000
НПФ “Круг”
Россия
Master SCADA
НПФ “ИнСАТ”
Россия

20.

Архитектура SCADA-системы
Trace Mode 6

21.

Основные компоненты
SCADA-систем
Программные компоненты:
база данных РВ,
ввода-вывода,
предыстории (архив),
аварийных ситуаций.
Административная компонента:
доступа,
управления,
сообщений.

22.

Средства сетевой поддержки
Стандартные сетевые среды
(Arcnet, Ethernet)
Cтандартные протоколы
(NetBios, TCP/IP и др.)
Стандартные промышленные интерфейсы
(Profibus, Modbus и др.)

23.

Языки программирования
Большинство SCADA-систем имеют
встроенные языки высокого уровня – Visual
Basic- подобные языки с ориентацией на
программиста- системного интегратора.
Язык визуального программирования
FDB – программный алгоритм строится в
виде связей между элементами блочной
диаграммы – блоками.

24.

Поддерживаемые базы данных
Практически все SСADA-системы для своего
функционирования используют СУБД
реального времени
В базах данных отражается вся информация
о параметрах и состоянии объектов
управления

25.

Графические возможности
Средства визуализации- одно из базовых
свойств SCADA- систем
Функционально все графические
интерфейсы схожи, используют объектноориентированный редактор с набором
анимационных средств

26.

Тренды и архивы в SCADA-системах
Тренд – массив точек переменных, каждая
из которых записывается в память ПК через
определенные интервалы времени.
Различают тренды реального времени
(Real Time) – динамические и тренды
исторические (архивные)- не динамическиеобновляются только по команде.

27.

Алармы и события в
SCADA-системах
Аларм (Alarm) – сообщение оператору о
возникновении нештатных ситуаций и
требующего его внимания, а часто и
вмешательства
События – статусные сообщения системы,
не требующие реакции оператора

28.

Уровни АСУ ТП
Первый уровень – датчиков и
исполнительных механизмов
Второй уровень – устройства связи с
объектами (УСО)
Третий уровень – промышленные ПЛК
Четвертый уровень – диспетчерские
станции на базе ПК. Основу ПО этого
уровня составляют SСADA-системы

29.

ПЛК
PLC, programmable logic controller
Программируемый логический контроллер
Один из ключевых компонентов АСУ ТП
устройство, предназначенное для выполнения алгоритмов
управления, записанных пользователем в виде программы
в память контроллера
программа может быть многократно изменена
пользователем и загружена в ПЛК с помощью ПО среды
разработки
обладают памятью (внутренней, внешней – SD, USB и др.)
Принцип работы: сбор и обработка данных по программе
пользователя с выдачей управляющих сигналов на
исполнительные устройства
Существует множество производителей, моделей и типов
ПЛК

30.

31.

ПЛК
Построены на микропроцессорах или микроконтроллерах
По сравнению с обычными ПК обладают большей
надёжностью и меньшим временем реакции (порядка
мили- и даже микросекунд)
Могут иметь:
входы/выходы для сигналов, измерений и т.п.
различные коммуникационные порты (Ethernet, оптика, RS-232,
RS-485 и др.)
встроенную операторскую панель (HMI). Бывают панельные ПЛК
Часто имеют модульную архитектуру – съёмные модули
решают различные задачи (аналоговый/цифровой
ввод/вывод и т.п.)
Различное исполнение: крепятся на DIN-рейку,
устанавливаются в стойку или шкаф

32.

Производители ПЛК
Siemens
Schneider Electric
B&R
ABB
Emerson
Rockwell automation
Allen Bradley
Honeywell
Mitsubishi
Yokogawa
Овен
Прософт-системы
RealLab
Trei
и др.

33.

Структурная схема ПЛК

34.

Промышленные компьютеры
Industrial Personal Computer, IPC
предназначен для pаботы в производственных условиях в
режиме реального времени, т.е. при возникновении какого-то
случайного события должен незамедлительно реагировать на
него,
способен длительно работать в условиях повышенной
вибрации, загрязнённости, перебоев в электропитании, в
тяжелых температурных режимах.
должен иметь минимум движущихся частей, желательно
вообще обойтись без них, (SSD), вентиляторы не применяются,
тепло отводится на наглухо закрытый корпус-радиатор,

35.

Промышленные компьютеры
• стараются применять процессоры с минимальным TDP (thermal designpower-
предельно потребляемая мощность).
• Должны быть снабжены устройствами сопряжения с различными
периферийными устройствами ( сканеры, панели HMI и др.), иметь сторожевой
таймер (watchdog), позволяющего машине самостоятельно перезагружаться при
зависании
• есть разные варианты исполнения (например, крепление в стойку 19’’)
• имеют значительно большую стоимость по сравнению с обычными ПК

36.

Коммуникационные контроллеры
(КК)
как правило, не имеют сигнальных входов/выходов
предназначены для сбора данных с
интеллектуальных электронных устройств (IED) и
других устройств нижнего уровня,
конвертации протоколов,
передачи данных в SCADA-системы и диспетчерские
центры,
взаимодействия с другими системами в стандартных
протоколах.

37.

Коммуникационные контроллеры
(КК)

38.

УСПД
устройство сбора и передачи данных
предназначено для получения информации со
множества КИП (например, счётчиков
электроэнергии) и передачи другим устройствам
(ПЛК) или на верхний уровень АСУ ТП
не имеет программы, не выполняет задач обработки
данных
конфигурируются с помощью спец. ПО с ПК
может выполнять агрегацию (объединение) данных
не имеют сигнальных входов/выходов, только
коммуникационные порты (RS-485, Ethernet и др.)
Например, СИКОН, ЭКОМ

39.

УСПД

40.

Программируемые реле (ПР)
по задачам аналогичны ПЛК
предназначены для простых локальных задач управления
могут работать автономно или передавать данные другим
устройствам или ПО
имеют меньшее кол-во входов и выходов, меньшее кол-во
возможных функций в программе
часто имеют встроенный дисплей (HMI)
как правило, монолитные, но могут иметь модули
расширения
например, Siemens Logo, Schneider ZelioLogic,
Овен ПР и др.
дешевле и проще, чем ПЛК

41.

Программируемые реле (ПР)

42.

Регуляторы
узко-специализированные контроллеры
выполняют измерение и регулирование какой-либо
физической величины в технологических процессах
например, температуры, давления, влажности, расхода и
других физических величин в системах отопления и
водоснабжения, в сушильных шкафах, печах, пастеризаторах,
в холодильной технике и другом технологическом
оборудовании
к ним подключаются датчики (например, термопара) и могут
подключаться исполнительные механизмы (например,
нагреватели, охладители, задвижки и др.)
обычно содержат цифровой дисплей для отображения
текущих значений и кнопки управления для настройки
оператором
также могут быть сконфигурированы с ПК
дешевле и проще, чем ПЛК и ПР
например, терморегуляторы ОВЕН ТРМ

43.

Регуляторы

44.

Ввод-вывод в SСADA-системах
Для подсоединения драйверов вводавывода в SСADA-системах используются
следующие механизмы:
динамический обмен данными (DDE –
Dynamic Data Exchange)
собственные протоколы фирм
производителей SСADA-систем
OPC-протокол – стандартный
протокол, поддерживаемый
большинством SСADA-систем

45.

Технология ОРС
ОРС (OLE for Process Control) –промышленный
стандарт, созданный консорциумом OPC
Foundation в1994 г.
В основе лежит технология Microsoft OLE
(Object Linking and Embedding) - технология
связывание и встраивание объектов для систем
промышленной автоматизации.

46.

OPC vs Drivers
VS

47.

Причины распространения OPC
Довольно много программ-клиентов может получать данные из
различных источников и делать их доступными для драйверов
независимых разработчиков. Но при этом возникают следующие
проблемы:
Каждая программа диспетчеризации должна иметь драйвер
для конкретного устройства АСУ.
Возникают конфликты между драйверами различных
разработчиков, что приводит к тому, что какие-то режимы или
параметры работы оборудования не поддерживаются всеми
разработчиками ПО.
Модификации оборудования могут привести к потере
функциональности драйвера.
Конфликты при обращении к устройству – различные
программы диспетчеризации не могут получить доступ к
одному устройству одновременно из-за использования
различных драйверов.

48.

Технология OPC
OPC предназначена для обеспечения
универсального механизма обмена данными
между датчиками, исполнительными
механизмами, контроллерами, УСО и
системами представления технологической
информации оперативного диспетчерского
управления, а также управления базами
данных.

49.

Архитектура OPC

50.

Типы спецификаций OPC
Стандарт OPC был создан на базе спецификаций OPC. В
настоящее время получили наибольшее распространение
следующие спецификации:
OPC Data Access 1.0 и 2.0 – обеспечивает доступ к
данным в режиме "реального времени".
OPC Alarm & Events – обеспечивает OPC-клиента
информацией о специальных происшествиях и
тревогах.
OPC Historical Data Access – обеспечивает доступ к
протоколам и хроникам, хранящимся в базах данных.
OPC Batch – отправляет рецепты дозирования в
технологический процесс и отслеживает их
выполнение.

51.

В спецификации OPC для обмена данными
определены два компонента:
OPC-сервер – программа, получающая
данные во внутреннем формате
устройства или системы и
преобразующая эти данные в формат
OPC. OPC-сервер является источником
данных для OPC-клиентов.
OPC-клиент – программа принимающая
от OPC- серверов данные в формате
OPC и преобразующая их во внутренний
формат устройства или системы.

52.

OPC- клиент общается с OPC-сервером
посредством строго определенных в
спецификации интерфейсов, что позволяет
любому OPC- клиенту общаться с любым
OPC- сервером.
Однажды созданный OPC- сервер может
подключать устройство к широкому кругу
ПО поддерживающего спецификацию OPC
(SСADA системам, HMI и др.)