SCADA система «Соната». Введение

1.

Российская академия наук
Федеральное государственное унитарное предприятие
Экспериментальный завод научного приборостроения
со Специальным конструкторским бюро
SCADA система «Соната»
Введение
г. Черноголовка Московская обл.

2.

SCADA система «Соната»
SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) –> “Диспетчерское управление и сбор данных” – программный пакет, предназначенный
для разработки или обеспечения работы системы в реальном времени.
+ Хранение технологической информации
+ Аварийная сигнализация (графическая и звуковая)
+ Управление тревожными сообщениями (сообщение операторам и различные действия с ними)
+ Диагностика состояния всех узлов системы

3.

SCADA система «Соната»
Основные функции SCADA системы
Отображение технологической информации в наглядной и
понятной для человека форме.
Ведение базы данных реального времени с технологической
информацией.
Аварийная сигнализация и управление тревожными
сообщениями.
Формирование отчетов о ходе технологического процесса.
Осуществление сетевого взаимодействия между узлами
системы
Обмен данными в реальном времени с устройствами контроля и
управления объекта автоматизации.
Обработка информации в реальном времени и формирование
управляющих воздействий.

4.

Типовая архитектура большинства SCADA систем
Узел-1
Узел-2
Программа
HMI
Программа
Сиг-2
Сиг-3
Сиг-5
Сиг-1
Сиг-4
Сиг-6
Сервер
базы
сигналов
Диспетчер
Сигналов
--------------------------------------------------------------
Сиг-1 Сиг-4
Сиг-2 Сиг-5
Сиг-3 Сиг-6
(СУБД)
Сиг-1 Сиг-4
Сиг-2 Сиг-5
Сиг-3 Сиг-6
.
.
.
Сиг-N
Диспетчер
Сигналов
--------------------------------------------------------------
Сиг-5
Сиг-6
Сиг-1
Сиг-2
Сиг-6
Сиг-1
Сиг-3
Сиг-4
Сиг-5
Драйвер-1
Драйвер-2
Драйвер-1
- Программный интерфейс с диспетчером сигналов

5.

Архитектура SCADA систем с распределенной базой сигналов
Узел-1
Узел-2
Программа
HMI
Программа
Сиг-2
Сиг-3
Сиг-5
Сиг-1
Сиг-4
Сиг-6
Диспетчер
Сигналов
Диспетчер
Сигналов
--------------------------------------------------------------
--------------------------------------------------------------
Сиг-1 Сиг-4
Сиг-2 Сиг-5
Сиг-3 Сиг-6
Сиг-5
Сиг-6
Сиг-1
Сиг-2
Сиг-6
Сиг-1
Сиг-3
Сиг-4
Сиг-5
Драйвер-1
Драйвер-2
Драйвер-1
- Программный интерфейс с диспетчером сигналов

6.

Микроядерная архитектура SCADA системы «Соната»
Узел-1
Узел-2
Программа
HMI
Программа
Сиг-2
Сиг-3
Сиг-5
Сиг-1
Сиг-4
Сиг-6
Сиг-1
Сиг-2
Сиг-6
Сиг-1
Сиг-3
Сиг-4
Сиг-5
Драйвер-1
Драйвер-2
Драйвер-1
- Микроядро

7. Средства разработки и поддержки

SCADA система «Соната»
Средства разработки и поддержки
Менеджер
проекта
Редактор
графических и текстовых
языков IEC-61499, IEC 61131
и LUA
Редактор
Средства отладки
мнемосхем пользовательского
интерфейса
Отладчик технологических программ
Просмотр и изменение сигналов
Редактор
Средства развертывания
проекта
шаблонов отчетов

8. Среда исполнения

SCADA система «Соната»
Среда исполнения
Средства отладки
Графический интерфейс
Отладчик технологических
программ.
Мониторинг сигналов.
Модуль поддержки
графического интерфейса
пользователя
Технологические
программы
Языки IEC 61499, 61131.
Язык LUA.
Архивирование сигналов
Модуль архивирования.
Преобразование архивных данных.
Просмотр архивных данных.
Управление системой
Модуль запуска узлов.
Модуль управления системой.
Контроль действий
пользователей.
Драйверы
оборудования
Sonet, Telecont
Формирование
отчетов
Подготовка отчетов.
Печать отчетов.
Средства
диагностики
и тестирования
Архивирование событий
Модуль архивирования.
Модуль просмотра.

9.

SCADA система «Соната»
Разработка проекта
Проект
Design
Runtime
ProjectManager
центральный
модуль
разработки
проекта
IECEditor
мнемосхемы,
технол.
программы на
FBD
SourceEditor
технол.
программы на
LUA
Debugger
IECDebugger
отладка
технол.
программ
SignalViewer
просмотр и
изменение
сигналов
ReportEditor
шаблоны
отчетов

10.

SCADA система «Соната»
Основные этапы разработки проекта
Создание дополнительных структурных типов данных
Формирование глобальной таблицы сигналов проекта
Разработка и настройка типов приложений
Связывание сигналов с физическими каналами ввода/вывода
Разработка преобразователей сигналов (DSP)
Формирование списка узлов системы, распределение приложений по узлам
Формирование списка пользователей
Компиляция проекта
Развертывание проекта
Запуск проекта
Отладка проекта

11.

SCADA система «Соната»
Управление системой
Приложение 1
Приложение 2
Loader
управление
узлом
Узел системы
ControlCenter
управление
системой
Инженерная станция
Порядок запуска узла:
Анализ конфигурационного
файла запуска, отбор
конфигурационных файлов
приложений;
Запуск исполняемых файлов
с ключом –hot/-cold;
Ожидание перехода всех
приложений в состояние
READY;
Передача команды CONTINUE
каждому приложению;
Ожидание перехода всех
приложений в состояние RUN

12.

SCADA система «Соната»
Модуль контроля состояния системы

13.

SCADA система «Соната»
Состояния приложений
cold
NONE
TERMINATED
hot
COLD
step
READY
STEP
continue
STARTING
TERMINATE
terminate
HOT
Системные сигналы
управления приложением:
BREAK
break
RUN
@STATE – состояние
приложения;
@COMMAND – команда
приложению

14.

SCADA система «Соната»
Разработка технологических программ
Событийные программы строятся на основе стандарта IEC 61499
Циклические программы строятся на основе стандарта IEC 61131
Смешанные (событийно/циклические) программы на языке LUA
Мнемосхемы пользовательского интерфейса представляют собой
событийную программу, построенную на основе стандарта IEC 61499

15.

SCADA система «Соната»
Стандарт IEC 61131-3
Описывает языки программирования для программируемых
контроллеров. Модель выполнения программ - циклическая.
логических
Описывает языки:
IL (Instruction List) – низкоуровневый текстовый язык программирования
(напоминает ассемблер)
ST (Structured Text) – высокоуровневый текстовый язык программирования
(напоминает Pascal)
LD (Ladder Diagram) – графический язык релейной логики. Программная
реализация электрических схем на базе электромагнитных реле.
FBD (Function Block Diagram) – диаграмма функциональных блоков. Программа
создается путем соединения множества функциональных блоков, каждый из
которых выражает некую подпрограмму.
SFC (Sequental Function Chart) – графический язык, предназначенный для
написания
программ
последовательного
управления
технологическим
процессом. Форма описания близка к диаграмме состояний.

16.

SCADA система «Соната»
Стандарт IEC 61499
Описывает распределенную архитектуру.
Определяет распределенную модель как разбиение различных частей
промышленного процесса на функциональные модули (функциональные
блоки).
Приложение становится распределенным путем размещения экземпляров
функциональных блоков на различных устройствах.
Функциональные блоки управляются с помощью внешних событий, а не только
с помощью входных данных.
Функциональные блоки разделяются на базовые, для которых определяется
поведение, и композитные, представляющие собой множество связанных
между собой функциональных блоков.

17.

SCADA система «Соната»
Схема микроядра приложений
Изменение
сигнала
Таблица
сигналов
Отправка пакетов
Таблица
ядер-партнеров
Контроль
времени
Уведомления об
изменении
Уведомления об ошибках
Прием пакетов
Основные характеристики системы:
Максимальное количество сигналов в системе: 2147483648
Максимальное количество узлов в системе: 65535
Сетевой протокол основан на UDP с контролем доставки данных
Средняя задержка распространения сигнала на узлы (в сети 100Mb/s): 2 [us]
Типовое время обнаружения отказа узла: 250 [ms]
Точность синхронизация часов между узлами (в сети 100Mb/s): 1 [ms]
UDP - сокеты
Уведомления об ошибках

18.

SCADA система «Соната»
Расширение функциональных возможностей
Разработка внешних модулей, реализованных в виде динамически загружаемых
библиотек (.dll, .so) на языке «C++»
Разработка дополнительных исполняемых
содержащих микроядро системы
Разработка дополнительных редакторов, интегрируемых в менеджер проектов
модулей
на
языке
«C++»,

19. Реализация цифровых интерфейсов и протоколов

SCADA система «Соната»
Реализация цифровых интерфейсов и протоколов
Цифровые
устройства
SCADA «Соната»
Драйвер протокола
Приложение
1
Таблица
сигналов
Драйвер
физического
интерфейса
Отправка
пакетов
Приложение
2
Скрипт
формирования
и
обработки
пакета
данных
Прием
пакетов
Ethernet
RS-485
CAN
Контроллер
Прибор
Исполнительное
устройство

20. Реализация взаимодействия со смежными системами

SCADA система «Соната»
Реализация взаимодействия со смежными системами
SCADA «Соната»
Внешнее приложение
Смежная система
Приложение
смежной системы
API (прогр. интерфейс)
Среда исполнения
OPC UA
Приложение
OPC UA
Modbus TCP
(Master/Slave)
Приложение
MODBUS TCP
Modbus RTU
(Master/Slave)
Приложение
MODBUS RTU