П.1. Функции SCADA

Пользовательский интерфейс, SCADA-пакеты

Большинство систем автоматизации функционирует с участием человека (оператора, диспетчера). Интерфейс между человеком и системой называется человеко-машинным интерфейсом (ЧМИ), в зарубежной литературе – HMI (Human-Machinery Interface) или MMI (Man-Machinery Interface).

В частном случае, когда ЧМИ предназначен для взаимодействия человека с автоматизированным технологическим процессом, его называют SСАDА-системой (Supervisory Control And Data Acquisition – «диспетчерское управление и сбор данных»). На практике современные SСАDА-пакеты включают в себя широчайший набор функциональных возможностей, далеко выходящий за рамки сбора данных и диспетчерского управления.

Существующие в настоящее время SСАDА-пакеты выполняют множество функций, которые можно разделить на несколько групп:

- настройка SCADA на конкретную задачу (т.е. разработка программной части системы автоматизации);

- диспетчерское управление;

- автоматическое управление;

- хранение истории процессов;

- выполнение функций безопасности;

- выполнение общесистемных функций.

Основным отличительным признаком SCADA является наличие интерфейса с пользователем. При отсутствии такого интерфейса перечисленные выше функции совпадают с функциями средств программирования контроллеров, а управление является автоматическим, в противоположность диспетчерскому.

Качество решений, принятых оператором (диспетчером), часто влияет не только на качество производимой продукции, но и на жизнь людей. Поэтому комфорт рабочего места, понятность интерфейса, наличие подсказок и блокировка явных ошибок оператора являются наиболее важными свойствами SCADA.

Иногда SCADA комплектуются средствами для программирования контроллеров, однако эта функция вызвана коммерческими соображениями и слабо связана с основным назначением SCADA.

В SСАDА-пакетах используют понятие аларма и события. Событие – это изменение некоторых состояний в системе. События не требуют срочного вмешательства оператора, а просто информируют его о состоянии системы.

Примерами событий могут быть: включение перевалки зерна в элеваторе, завершение цикла периодического процесса обработки детали, окончание загрузки бункера, регистрация нового оператора и т.п.

В отличие от события, аларм (от английского alarm – сигнал тревоги) представляет собой предупреждение о важном событии, в ответ на которое нужно срочно предпринять некоторые действия.

Примеры алармов: достижение критической температуры хранения зерна в элеваторе, после которого начинается его возгорание; достижение критического значения давления в автоклаве, после которого возможен разрыв оболочки; срабатывание датчика открытия охраняемой двери; превышение допустимого уровня загазованности в котельной и т.п

Алармы бывают подтвержденные и неподтвержденные. Подтвержденным называется аларм, в ответ на который оператор ввел команду подтверждения. До этого момента аларм считается неподтвержденным.

Алармы делятся на дискретные и аналоговые. Дискретные сигнализируют об изменении дискретной переменной, аналоговые алармы появляются, когда непрерывная переменная y(t) входит в заранее заданный интервал своих значений.

Методика выдачи алармов должна быть надежной. В частности, всплывающие окна с сообщениями алармов должны быть всегда поверх остальных окон. Алармы могут дублироваться звуком и светом. Поскольку алармов может быть много, им назначают разные приоритеты, разные громкости и тоны звукового сигнала и т.п.

Разработка человеко-машинного интерфейса.

SCADA является одновременно и ЧМИ, и инструментом для его создания.

В процесс разработки входят следующие операции:

- создание графического интерфейса (мнемосхем, графиков, таблиц, всплывающих окон, элементов для ввода команд оператора и т.д.);

-программирование и отладка алгоритмов работы системы автоматизации. Многие SCADA позволяют выполнять отладку системы как в режиме эмуляции оборудования, так и с подключенным оборудованием;

- настройка системы коммуникации (сетей, модемов, коммуникационных контроллеров и т.п.); создание баз данных и подключение к ним SCADA.

Как система диспетчерского управления SCADA может выполнять следующие задачи:

- взаимодействие с оператором (выдача визуальной и слуховой информации, передача в систему команд оператора);

- помощь оператору в принятии решений (функции экспертной системы);

- автоматическая сигнализация об авариях и критических ситуациях;

- выдача информационных сообщений на пульт оператора;

- ведение журнала событий в системе;

- извлечение информации из архива и представление ее оператору в удобном для восприятия виде;

- подготовка отчетов (например, распечатка таблицы температур, графиков смены операторов, перечня действий оператора);

- учет наработки технологического оборудования.

SCADA как часть системы автоматического управления.

Основная часть задач автоматического управления выполняется, как правило, с помощью ПЛК, однако часть задач может возлагаться на SCADA.

Во многих небольших системах управления ПЛК могут вообще отсутствовать, и тогда компьютер с установленной SCADA является единственным средством управления.

SCADA обычно выполняет следующие задачи автоматического управления:

- автоматическое регулирование;

-управление последовательностью операций в системе автоматизации;

-адаптация к изменению условий протекания технологического процесса;

- автоматическая блокировка исполнительных устройств при выполнении заранее заданных условий.

Хранение истории процесса.

Знание предыстории управляемого процесса позволяет улучшить будущее поведение системы, проанализировать причины возникновения опасных ситуаций или брака продукции, выявить ошибки оператора.

Для создания истории система выполняет следующие операции:

- сбор данных и их обработка (цифровая фильтрация, интерполяция, сжатие; нормализация, масштабирование и т.д.);

- архивирование данных (действий оператора, собранных и обработанных данных, событий, алармов, графиков, экранных форм, файлов конфигурации, отчетов и т.п.);

- управление базами данных (реального времени и архивных).

Безопасность SCADA.

Применение SCADA в системах удаленного доступа через Интернет резко повысило уязвимость SCADA к действиям враждебных лиц. В результате такой деятельности может произойти отказ в работе сетей электроснабжения, жизнеобеспечения, связи, отказ работы маяков, светофоров, заражение воды неочищенными стоками и к более тяжелым последствиям с человеческими жертвами и большим экономическим ущербом.

Для повышения безопасности SCADA используют следующие методы:

- разграничение доступа к системе между разными категориями пользователей (у сменного оператора, технолога, программиста и директора должны быть разные права доступа к информации и модификации настроек системы);

- защиту информации (путем шифрования информации и обеспечения секретности протоколов связи);

- обеспечение безопасности оператора благодаря его отдалению от опасного управляемого процесса (дистанционное управление по проводной сети, радиоканалу, через Интернет и т.д.);

- специальные методы защиты от кибер-атак. Кибер-атака – скоординированное генерирование потока ложных запросов от нескольких сетевых компьютеров на сервер, вызывающее отказ в обслуживании сервера;

- применение межсетевых экранов. Межсетевой экран – комплекс аппаратных и программных средств, осуществляющих контроль и фильтрацию проходящих через него сетевых пакетов.

Общесистемные функции

В случаях, когда SCADA является единственной программой для управления системой, на нее могут возлагаться некоторые общесистемные функции.

- осуществление взаимодействия между несколькими SCADA, между SCADA и другими программами (MS Office, базой данных, MATLAB и т.п.);

- диагностика аппаратуры, каналов связи и программного обеспечения.