Состав SCADA системы
Задача регистрации информации в реальном времени и последующего командного управления может быть решена либо на уровне программного обеспечения концентратора (контроллера верхнего уровня), либо на уровне SCADA-системы. При этом речь идет о больших потоках данных о процессе, поступающих от большого количества датчиков (нескольких сот) в реальном масштабе времени и с высокой частотой (периоды опроса - порядка секунд и даже долей секунд). На уровне АСУТП эта информация нужна для оперативного управления технологическим процессом.
В настоящее время основным программным средством АС является ПО SCADA. SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) - это система супервизорного управления и сбора данных.
Управление в АСУТП может быть реализовано с использованием SCADA-систем как отечественных, так и зарубежных производителей, например:
• Trace Mode (AdAstra, Россия);
• Infinity (Elesy, Россия);
• GENIE (Advantech, Тайвань);
• Genesys (Iconics, США);
• Real Flex (BJ, США);
• FIX (Intellution, США);
• Factory Suite, InTouch (Wanderware, США);
• Citect (CiTechnologies, США) и др.
К SCADA-системам предъявляются особые требования :
- соответствие нормативам "реального времени" (в т.ч. и "жесткого реального времени");
- способность адаптироваться как к изменениям параметров среды в темпе с этими изменениями, так и к условиям работы информационно-управляющего комплекса;
- способность работать в течение всего гарантийного срока без
обслуживания (бесперебойная работа годами);
установка в отдаленных и труднодоступных местах (как географически - малообжитые районы, так и технологически - колодцы, эстакады). Основные возможности SCАDA-систем:
- сбор первичной информации от устройств нижнего уровня;
- архивирование и хранение информации для последующей обработки (создание архивов событий, аварийной сигнализации, изменения технологических параметров во времени, полное или частичное сохранение параметров через определенные промежутки времени);
- визуализация процессов;
- реализация алгоритмов управления, математических и логических вычислений (имеются встроенные языки программирования типа VBasic, Pascal, C и др.), передача управляющих воздействий на объект;
- документирование, как технологического процесса, так и процесса управления (создание отчетов), выдача на печать графиков, таблиц, результатов вычислений и др.;
- сетевые функции (LAN, SQL);
- защита от несанкционированного доступа в систему;
- обмен информацией с другими программами (например, Outlook,
Word и др. через DDE, OLE и т.д.).
Аппаратная открытость устройств SCADA это поддержка или возможность работы с оборудованием различных производителей с использованием ОРС технологии.
Современная SCADA не ограничивает выбор аппаратуры нижнего уровня, т.к. предоставляет большой набор драйверов или серверов ввода-вывода.
Если для программной системы определены и открыты используемые форматы данных и процедурный интерфейс, то это позволяет подключить к ней внешние, независимо работающие компоненты, в том числе разработанные отдельно программные и аппаратные модули сторонних производителей.
Для подсоединения драйверов ввода-вывода к SCADA используется стандартный динамический обмен данными OLE (Object Linking and Embeddung), включение и встраивание объектов.
Типичная последовательность действий при программировании SCADA-системы:
1) Разработать алгоритм связи SCADA с аппаратной частью АС.
2) Разработать и отладить программную поддержку этих алгоритмов связи.
3) Сформировать статические изображения рабочих окон экранов диспетчерского управления: фон, заголовки, мнемосхема процесса и т.д.
4) Сформировать динамические объекты для каждого окна. Как правило, динамические объекты создаются с помощью специализированного графического редактора самого SCADA-пакета по жестко заданному алгоритму или на основе набора библиотечных элементов с последующим присвоением параметров (например, рукоятка на экране).
5) Реализовать алгоритмы отображения, управления, архивирования, документирования в модулях проектирования экранных форм, архивирования, аварийного управления и базе данных.
Структурная схема связи аппаратной и программной частей АС показан на рис.34
Рис.34 Структурная схема связи аппаратной и программной частей АС. Здесь показана связь переменных Y, S, W, E, X, Z с их наименованием и отдельными устройствами АС.
На рисунке 35 показана взаимосвязь программного обеспечения различных частей АС с использованием RS-485 на полевом и Ethernet-коммуникационном уровнях и SCADA.
|
Данные технологических процессов специфичны. Они, как правило, могут быть представлены в виде временных рядов «значение – время». Для их сбора и хранения практически любой SCADA-пакет должен иметь в своем составе подсистему регистрации исторических данных (архив) с возможностью последующей выборки требуемых для анализа данных и их представления в виде трендов. Основное отличие SCADA друг от друга в том, что одни работают лучше с каким то видом (типом) оборудования, другие с другим типом. В данном курсе в качестве программной основы АС рассматривается система InfinityLite ЗАО ЭлеСи. Его полнофункциональная конфигурация включает в себя :
1. InfinityServer.
2. InfinityHistoryServer.
3. InfinityReports.
4. InfinityTrends.
5. InfinityArmsю
6. InfinityHMI.
InfinityServer обеспечивает непрерывный мониторинг технологического процесса и передачу сигналов телеуправления в системы автоматики в режиме реального времени. Его основные характеристики:
1.Сбор данных. Это поддержка широко распространенных
стандартных протоколов для использования в системах автоматики и телемеханики, таких как: Modbus, Modbus+, Modbus Ethernet, MIEC 870.5, CAN, RP-570, TM120. Управление качеством входящих значений обеспечивает контроль актуальности и достоверности предоставляемой информации, наличия связи с источниками данных, исправности систем автоматики и коммуникационных устройств.
2. Предоставление данных. Это уведомление клиентских приложений об изменениях выбранных сигналов обеспечивает отображение информации в реальном времени по стандарту OPC DA 2.05, а также возможность подачи команд управления, ввода данных нетелемеханизированных измерений, изменения пороговых и контрольных значений, уставок технологического процесса.
3. Телеуправление. Эта функция обеспечивает немедленную отправку значения при изменении сигнала в сервере, высокую скорость доставки команд. Контроль качества отправляемых значений исключает передачу недостоверных команд и уставок.
4. Математическая и логическая обработка включает в себя встроенный пересчет значений из физических в инженерные. Процедуры вычисления сигналов при изменениях дают возможность расчета вычисляемых параметров технологического процесса и реализации алгоритмов управления, вычисления по расписаниям и таймеру обеспечивают возможность проведения регламентных расчетов, ведения счетчиков, вычисления учетных данных.
5. Оперативный контроль обеспечивает генерацию сообщений о событиях и авариях и уведомление клиентских приложений путем рассылки пакетов по протоколу OPC AE.
6. Контроль доставки значений телерегулирования гарантирует передачу команд управления технологическим оборудованием. Сервер уведомляет пользователя о результатах доставки через специальные сигналы ответа на телеуправление/телерегулирование
7. Производительность. Количество тегов (каналов измерений и /или
вычислений), обслуживаемых одним сервером: 1 024. Количество каналов
автоматики и телемеханики, обслуживаемых одним сервером: 16.
Выполнение элементарных логических операций: 80 000 в секунду.
Максимальное количество входящих значений: 80 000 в секунду.
Максимальное количество тегов и групп, обслуживаемых по ОРС: 1 024.
Минимальная частота обновления значений: 100 мс.
InfinityHistoryServer обеспечивает сбор и хранение истории технологического процесса, и доступ клиентских приложений к архиву исторической информации, аккумулирование исторических данных . Точность хронологии процесса — 100 насосекунд. Применение алгоритмов фильтрации данных по их составу, интервалу времени и порогу чувствительности, оптимизирует объем хранимых данных без потери информации о состоянии технологического процесса. InfinityHistoryServer поддерживает набор стандартных интерфейсов доступа к историческим технологическим данным, реализуя все преимущества открытых технологий. Поддержка протокола OPC HDA обеспечивает быстрый и удобный доступ к истории изменения технологических параметров для любого ОРС-клиента. Запрос истории с использованием SQL обеспечивает доступ к архиву истории для программ, поддерживающих протоколы OLE DB, ODBC. Это дает возможность использования исторических технологических данных в MES системах (системах управления производственным процессом) для контроля производственных процессов, при формировании отчетов, в аналитических задачах оптимизации и планирования. Одновременное хранение исторических данных в нескольких исторических архивах обеспечивает возможность быстрого доступа к оперативной истории за последние сутки и длительное хранение архивированной информации.
Среднее количество операций чтения/записи: 40000 в секунду.
Максимальная скорость чтения: до 70000 значений в секунду.
Средний размер записи: 85 байт.
Размер исторической базы данных: до 15 ГБ.
InfinityOPCReports предназначен для подготовки сводок и отчетов на основе оперативных и исторических технологических данных для анализа состояния автоматизированной системы в режиме реального времени, а также хранение и предоставление сформированных отчетов пользователю. Оперативные отчеты автоматизируют процесс создания отчетов о состоянии системы на основе оперативных данных, полученных от одного и более OPC DA серверов. Это позволяет специалистам и руководителям, принимающим
решения, получать точную и полную информацию о состоянии автоматизированной системы в удобной форме, как на текущий, так и на прошедшие моменты времени.
Отчеты формируются на основе шаблонов, определяющих их стилевое оформление и содержание. Шаблоны создаются в формате Microsoft Excel. Для удобства предоставляется надстройка в Microsoft Excel позволяет пользователю просматривать адресное пространство OPC DA серверов и выбирать используемые теги.
Отчеты формируются как по запросу пользователя, так и автоматически, в соответствии с заданным расписанием. При этом для каждого шаблона может быть задано свое расписание. Отчеты сохраняются на диске в виде файлов в формате Microsoft Excel. Для каждого шаблона определяется срок хранения. Исторические отчеты автоматизируют процесс создания сводок и отчетов на основе исторических технологических данных.
InfinityHMI — это управление технологическим процессом и отображение в режиме реального времени информации о ходе выполнения технологического процесса. InfinityHMI базируется на ОРС DA, является полноценным графическим редактором и RunTime — средой исполнения мнемосхем. Он обеспечивает визуальное проектирование и редактирование мнемосхем, анимацию графических объектов, имеет развитую библиотеку графических символов и динамических объектов.
Механизм «всплывающих» подсказок обеспечивает быстрое и наглядное получение уточняющей информации о технологическом процессе.
Инструмент «Таблица» делает удобным процесс создания и корректировки табличного представления информации на мнемосхеме. Функция «Drag&Drop» выполняет копирование графических и динамических объектов из одной мнемосхемы в другую, обеспечивает взаимодействие с другими приложениями.
Графический объект «стрелка» обладает свойством «приклеивания»
(автоматической привязки) к границам других объектов.
Динамический объект «Кнопка с экраном» обеспечивает загрузку мнемосхемы, содержит уменьшенное графическое изображение загружаемой мнемосхемы.
Динамический объект «Значение параметра» обеспечивает ручной ввод
значений источников данных. Динамический объект «Кнопка» обеспечивает
обработку действий пользователя и содержит набор сценариев;
Встроенная система контекстно-ориентированной помощи.
Возможность подключения в InfinityHMI языка программирования Microsoft VBA 6.3. Редактор выражений обеспечивает выполнения математических, логических, функциональных и других операций с данными. Функция экспорта мнемосхемы в формат *.html позволяет просматривать мнемосхемы в Веб-браузере.
Характеристики производительности: •Период обновления значений сигналов OPC — от 100 мс.
• Дискретизация имитации сигналов — от 50 мс.
• Время перерисовки — от 50 мс.
• Количество объектов на мнемосхеме не ограничено. InfinityTrends используется для построения трендов на основе
оперативных, исторических данных, а так же для представления трендов в табличном виде. Функциональные возможности:
• Отображение нескольких графиков в одном трендовом поле.
• Возможность работы в многооконном режиме.
• Автоматическое и ручное масштабирование графиков.
• Одновременное отображение нескольких реперных линий.
• Настройка без перезапуска параметров тренда, добавления, удаления и редактирования отображаемых сигналов.
• Визуализация точек перегиба тренда обеспечивает показ момента смены динамики изменения сигнала.
• Вычисление статистических характеристик контролируемых параметров.
• Представление тренда в табличном виде.
• Сохранение таблицы значений тренда в формате *.xls.
• Экспорт трендов в графический файл *.emf.
• Вывод графиков на принтер.
• Возможности настройки:
— вида и состава панелей инструментов;
— цветов и стилей отображения графиков;
— количества реперных линий;
— состава и степени точности выводимых данных;
— интервала и периода обновлений данных в оперативном режиме. Запуск приложения с определением параметров в командной строке позволяет осуществлять:
• конфигурацию пользователя;
• запуск в оперативном режиме;
• автоматическую загрузку списка сигналов;
• скрытие панелей инструментов.
InfinityAlarms — это отображение сообщений о событиях и авариях, отображение оперативных сообщений в режиме реального времени и просмотр истории сообщений за произвольный период.
Функциональные возможности:
• Отображение и квитирование оперативных сообщений.
• Выделение различными цветами текста сообщений разных типов и важности.
• Речевое оповещение о получении сообщения. Текст голосового сообщения формируется автоматически и зависит от структуры ОРС-тэга.
• Построковая печать оперативных сообщений на матричный принтер обеспечивает ведение объективного протокола событий SCADA.
• Фильтрация и сортировка исторических сообщений по назначению, объектам, типам и важности.
• Доступ к исторической информации.
• Гибкий механизм настроек отображения.