|
В начало
Лекция. Общие понятия и структура SCADA-систем
ПЛАН ЛЕКЦИИ 1.
Введение 2.
Определение
и общая структура SCADA 3.
Функциональная
структура SCADA 4.
Особенности
SCADA как процесса управления 1. Введение
В настоящее время SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition - диспетчерское управление и сбор
данных) является наиболее перспективной технологией автоматизированного
управления во многих отраслях промышленности. В последние несколько десятилетий за рубежом резко возрос
интерес к проблемам построения высокоэффективных и высоконадежных систем
диспетчерского управления и сбора данных. С одной стороны, это связано со значительным прогрессом в
области вычислительной техники, программного обеспечения и телекоммуникаций,
что увеличивает возможности и расширяет сферу применения автоматизированных
систем. С другой стороны, развитие информационных технологий,
повышение степени автоматизации и перераспределение функций между человеком и
аппаратурой обострило проблему взаимодействия человека-оператора с системой
управления. Расследование и анализ большинства аварий и
происшествий в промышленности и на транспортен, часть из которых привела к
катастрофическим последствиям, показали, что, если в 60-х годах ХХ века ошибка
человека являлась первоначальной причиной лишь 20% инцидентов, то в 90-х годах
доля «человеческого фактора» возросла до 80%, причем, в связи с постоянным
совершенствованием технологий и повышением надежности электронного оборудования
и машин, доля эта может еще возрасти (рис.1). Рис. 1. Тенденции причин аварий в
сложных автоматизированных системах Основной причиной таких тенденций
является старый традиционный подход к построению АСУ, который применяется часто
и в настоящее время: ориентация в первую очередь на применение новейших технических
(технологических) достижений, стремление повысить степень автоматизации и
функциональные возможности системы и, в то же время, недооценка необходимости
построения эффективного человеко-машинного интерфейса (HMI - Human-Machine Interface), т.е. интерфейса, ориентированного
на оператора. Возникла необходимость применения
нового подхода при разработке таких систем, а именно, ориентация в первую
очередь на человека-оператора (диспетчера) и его задачи. Реализацией такого
подхода и являются SCADA-системы, которые иногда даже
называют SCADA/HMI. Управление технологическими процессами на основе SCADA-систем стало осуществляться в
передовых западных странах в 80-е годы ХХ века. В России переход к управлению
на основе SCADA-систем стал осуществляться несколько позднее, в 90-е годы. SCADA-системы наилучшим образом применимы
для автоматизации управления непрерывными и распределенными процессами, какими
являются нефтегазовые технологические процессы. Кроме нефтяной и газовой
промышленности, SCADA-системы применяются в следующих областях: -
управление
производством, передачей и распределением электроэнергии; -
промышленное
производство; -
водозабор,
водоочистка и водораспределение; -
управление
космическими объектами; -
управление на транспорте (все виды транспорта: авиа, метро,
железнодорожный, автомобильный, водный); -
телекоммуникации; -
военная
область. В мире насчитывается не один десяток
компаний, активно занимающихся разработкой и внедрением SCADA-систем. Программные продукты многих
из этих компаний представлены на российском рынке. Кроме того, в России
существуют компании, которые занимаются разработкой отечественных
SCADA-систем. 2. Определение и общая структура SCADA
SCADA - это процесс сбора информации
реального времени с удаленных объектов для обработки, анализа и возможного
управление этими объектами. В SCADA-системах в большей или меньшей
степени реализованы основные принципы, такие, как работа в режиме реального
времени, использование значительного объема избыточной информации (высокая
частота обновления данных), сетевая архитектура, принципы открытых систем и
модульного исполнения, наличие запасного оборудования, работающего в «горячем
резерве» и др. Все современные SCADA-системы включают три основных
структурных компонента (рис.2).
Рис. 2. Основные структурные
компоненты SCADA-системы Remote Terminal Unit (RTU) - удаленный
терминал, осуществляющий обработку задачи (управление) в режиме реального
времени. Системы реального времени бывает двух типов: системы жесткого
реального времени и системы мягкого реального времени. Системы жесткого
реального времени не
допускают никаких задержек Спектр воплощения RTU широк - от примитивных датчиков,
осуществляющих съем информации с объекта, до специализированных
многопроцессорных отказоустойчивых вычислительных комплексов, осуществляющих
обработку информации и управление в режиме жесткого реального времени.
Конкретная его реализация определяется конкретным применением. Использование
устройств низкоуровневой обработки информации позволяет снизить требования к
пропускной способности каналов связи с центральным диспетчерским пунктом. Master Terminal Unit (MTU) -
диспетчерский пункт управления (главный терминал); осуществляет обработку
данных и управление высокого уровня, как правило, в режиме мягкого реального
времени. Одна из
основных функций - обеспечение интерфейса между человеком-оператором и
системой. MTU может быть реализован в самом разнообразном виде - от
одиночного компьютера с дополнительными устройствами подключения к каналам
связи до больших вычислительных систем и/или объединенных в локальную сеть
рабочих станций и серверов. Communication System (CS) - коммуникационная система (каналы
связи), необходима для передачи данных с удаленных точек (объектов, терминалов)
на центральный интерфейс оператора-диспетчера и передачи сигналов управления на
RTU. 3. Функциональная структура SCADA
В названии SCADA присутствуют две основные функции,
возлагаемые на системы этого класса: -
сбор
данных о контролируемом процессе; -
управление
технологическим процессом, реализуемое ответственными лицами на основе
собранных данных и правил (критериев), выполнение которых обеспечивает
наибольшую эффективность технологического процесса. SCADA-системы обеспечивают выполнение
следующих функций: 1. Прием информации о контролируемых
технологических параметрах от контроллеров нижних уровней и датчиков. 2. Сохранение принятой информации в
архивах. 3. Обработка принятой информации. 4. Графическое представление хода
технологического процесса, а также принятой и архивной информации в удобной для
восприятия форме. 5. Прием команд оператора и передача их
в адрес контроллеров нижних уровней и исполнительных механизмов. 6. Регистрация событий, связанных с
контролируемым технологическим процессом и действиями персонала, ответственного
за эксплуатацию и обслуживание системы. 7. Оповещение эксплуатационного и
обслуживающего персонала об обнаруженных аварийных событиях, связанных с
контролируемым технологическим процессом и функционированием
программно-аппаратных средств АСУТП с регистрацией действий персонала в
аварийных ситуациях. 8. Формирование сводок и других отчетных
документов на основе архивной информации. 9. Обмен информацией с
автоматизированной системой управления предприятием. 10. Непосредственное автоматическое
управление технологическим процессом в соответствии с заданными алгоритмами. Данный перечень функций, выполняемых SCADA-системами, не является абсолютно
полным, более того, наличие некоторых функций и объем их реализации сильно
варьируется от системы к системе. 4. Особенности SCADA как процесса управления
Существует два типа
управления удаленными объектами в SCADA-системах: автоматическое и
инициируемое оператором системы. Процесс управления в современных SCADA-системах имеет следующие
особенности: -
процесс
SCADA применяется
в системах, в которых обязательно наличие человека (оператора, диспетчера); -
процесс
SCADA был
разработан для систем, в которых любое неправильное воздействие может привести
к отказу объекта управления или даже катастрофическим последствиям; -
оператор
несет, как правило, общую ответственность за управление системой, которая при
нормальных условиях только изредка требует подстройки параметров для достижения
оптимальной производительности; -
активное
участие оператора в процессе управления происходит нечасто и в непредсказуемые
моменты времени, обычно в случае наступления критических событий (отказы,
нештатные ситуации и пр.); -
действия
оператора в критических ситуациях могут быть жестко ограничены по времени (несколькими
минутами или даже секундами). |
||||