|
В начало
Лекция. Основные
требования к SCADA-системам и их возможности
ПЛАН ЛЕКЦИИ 1.
Основные
требования к SCADA-системам 2.
Основные
возможности современных SCADA-пакетов 3.
Тенденции
развития аппаратных и программных средств SCADA-систем 4.
Диспетчерские
пункты управления 5.
Операционные
системы 6.
Прикладное
программное обеспечение 1. Основные требования к
SCADA-системам
К SCADA-системам предъявляются следующие основные требования: -
надежность
системы; -
безопасность
управления; -
открытость,
как с точки зрения подключения различного контроллерного оборудования, так и
коммуникации с другими программами; -
точность
обработки и представления данных, создание богатых возможностей для реализации
графического интерфейса; -
простота
расширения системы; -
использование
новых технологий. Требования безопасности и надежности
управления в SCADA-системах включают: -
никакой
единичный отказ оборудования не должен вызвать выдачу ложного выходного
воздействия (команды) на объект управления; -
никакая
единичная ошибка оператора не должна вызвать выдачу ложного выходного
воздействия (команды) на объект управления; -
все
операции по управлению должны быть интуитивно- понятными и удобными для
оператора (диспетчера). 2. Основные возможности современных SCADA-пакетов
Исходя из требований, которые предъявляются к SCADA-системам, большинству современных
пакетов присущи следующие основные возможности: 1. Автоматизированная разработка,
позволяющая создавать ПО системы автоматизации без реального программирования. 2. Средства сбора и хранения первичной
информации от устройств нижнего уровня. 3. Средства обработки первичной
информации. 4. Средства управления и регистрации
сигналов об аварийных ситуациях. 5. Средства хранения информации с
возможностью ее постобработки (как правило, реализуется через интерфейсы к
наиболее популярным базам данных). 6. Средства визуализации информации в
виде графиков, гистограмм и т.п. 3. Тенденции развития аппаратных и
программных средств SCADA-систем
3.1. Общие тенденции
Прогресс в области информационных технологий обусловил
развитие всех 3-х основные структурных компонент систем диспетчерского
управления и сбора данных - RTU, MTU и CS, что позволило значительно увеличить их возможности; так,
число контролируемых удаленных точек в современной SCADA-системе может достигать 100 000 и
более. На настоящий момент значение данного параметра практически не имеет
ограничений. Основная тенденция развития технических средств (аппаратного
и программного обеспечения) SCADA - миграция в сторону полностью открытых систем.
Открытая архитектура позволяет независимо выбирать различные компоненты системы
от различных производителей; в результате - расширение функциональных
возможностей, облегчение обслуживания и снижение стоимости SCADA-систем. 3.3.2. Удаленные терминалы
Главная тенденция развития удаленных терминалов (RTU) - увеличение скорости обработки и
повышение их интеллектуальных возможностей. Современные терминалы строятся на
основе микропроцессорной техники, работают под управлением операционных систем
реального времени, при необходимости объединяются в сеть, непосредственно или
через сеть взаимодействуют с интеллектуальными электронными датчиками объекта
управления и компьютерами верхнего уровня. Конкретная реализация RTU зависит от области применения. Для
индустриальных и транспортных систем существует два конкурирующих направления в
технике RTU - промышленные компьютеры и программируемые логические контроллеры (в
русском переводе часто встречается термин «промышленные контроллеры») - PLC. Промышленные компьютеры представляют собой, как правило,
программно-совместимые с обычными коммерческими персональными компьютерами
машины, но адаптированные для жестких условий эксплуатации - буквально для
установки на производстве, в цехах, газокомпрессорных станциях и т.п. Адаптация
относится не только к конструктивному исполнению, но и к архитектуре и схемотехнике, т.к. изменения температуры окружающей среды
приводят к дрейфу электрических параметров. В качестве операционной системы в промышленных РС, работающих в качестве удаленных терминалов,
все чаще начинает применяться Windows NT, в том числе различные расширения
реального времени, специально разработанные для этой операционной системы.
Наиболее известными поставщиками промышленных компьютеров являются американские
фирмы Xycom, Octagon Systems и тайваньские Advantech, Axiom. Промышленные контроллеры (PLC) представляют собой
специализированные вычислительные устройства, предназначенные для управления
процессами (объектами) в реальном времени. Промышленные контроллеры имеют
вычислительное ядро и модули ввода-вывода, принимающие информацию (сигналы) с
датчиков, переключателей, преобразователей и контроллеров и осуществляющие
управление процессом или объектом путем выдачи управляющих сигналов на приводы,
клапаны, переключатели и другие исполнительные устройства. Современные PLC часто объединяются в сеть с помощью
промышленных (индустриальных) шин (сетей), а программные средства,
разрабатываемые для них, позволяют в удобной для оператора форме
программировать и управлять ими или непосредственно, или через компьютер,
находящийся на верхнем уровне SCADA-системы - диспетчерском пункте управления (MTU). Исследование рынка PLC показало, что наиболее развитыми
архитектурой, программным обеспечением и функциональными возможностями обладают
контроллеры фирм Siemens, Fanuc Automation, Allen-Bradley, Mitsubishi. Много материалов и исследований по промышленной автоматизации
посвящено конкуренции двух направлений - РС и PLC; каждый из авторов приводит большое
количество доводов «за» и «против» по каждому направлению. Тем не менее, можно
выделить основную тенденцию: там, где требуется повышенная надежность
и управление в жестком реальном времени, применяются PLC. В первую очередь это касается
применений в системах жизнеобеспечения (например, водоснабжение,
электроснабжение), транспортных системах, энергетических и промышленных
предприятиях, представляющих повышенную экологическую опасность. Индустриальные РС применяются преимущественно в менее
критичных областях. 3.3.3. Каналы связи
Каналы связи для современных диспетчерских систем отличаются
большим разнообразием. Выбор конкретного решения зависит от архитектуры
системы, расстояния между диспетчерским пунктом (MTU) и RTU, числа контролируемых точек,
требований по пропускной способности и надежности канала, наличия доступных
коммерческих линий связи. Тенденцией развития CS как структурного компонента SCADA-систем можно считать использование
не только выделенных каналов связи, но также и корпоративных компьютерных сетей
и специализированных промышленных сетей (индустриальных шин). В современных
промышленных, энергетических и транспортных системах большую популярность
завоевали промышленные сети - специализированные быстродействующие каналы
связи, позволяющие эффективно решать задачу надежности и помехоустойчивости
соединений на разных иерархических уровнях автоматизации. 4. Диспетчерские пункты управления
Главной тенденцией развития MTU является переход большинства
разработчиков SCADA-систем на архитектуру «клиент-сервер», состоящую из 4-х функциональных
компонент: -
User (Operator) Interface (интерфейс пользователя/оператора) -
исключительно важная составляющая систем SCADA. Для нее
характерны: а) стандартизация интерфейса пользователя вокруг нескольких
платформ; б) все более возрастающее влияние Widows; в) использование стандартного графического интерфейса
пользователя (GUI); г)
технология объектно-ориентированного программирования; д)
стандартные средства разработки приложений, наиболее популярные среди которых,
- Visual Basic for Applications
(VBA), Visual C++; е) появление вариантов программного обеспечения класса SCADA/HMI для широкого спектра задач.
Объектная независимость позволяет интерфейсу пользователя представлять
виртуальные объекты, созданные другими системами. Результат - расширение
возможностей по оптимизации HMI-интерфейса. -
Data Management (управление данными) - отход от
узкоспециализированных баз данных в сторону поддержки большинства корпоративных
реляционных баз данных (Microsoft SQL, Oracle). Эта независимость данных изолирует
функции доступа и управления данными от целевых задач SCADA, что позволяет легко разрабатывать
дополнительные приложения по анализу и управлению данными. -
Networking & Services (сети и службы) - переход к
использованию стандартных сетевых технологий и протоколов. Службы сетевого
управления, защиты и управления доступом, передачи почтовых сообщений,
сканирования доступных ресурсов могут выполняться независимо от кода целевой
программы SCADA. -
Real-Time Servises (службы реального времени) - решают
задачи реального и квазиреального времени. Данные
службы управляют обменом информацией с RTU, осуществляют управление базой
данных реального времени, оповещение о событиях, выполняют действия по
управлению системой, передачу информации о событиях на интерфейс оператора. 5. Операционные системы
Рынок однозначно сделал выбор в пользу операционной системы Windows. Решающими для быстрого роста
популярности Windows стала ее открытая архитектура и эффективные средства
разработки приложений, что позволило многочисленным фирмам-разработчикам
создавать программные продукты для решения широкого спектра задач. Рост применения Windows в АСУ обусловлен в значительной
степени появлением ряда программных продуктов, которые являются расширениями Windows для реального времени (например, RTX). Следует
отметить, что в SCADA-системах требование жесткого реального времени (т.е.
способность отклика/обработки событий в четко определенные, гарантированные
интервалы времени) относится, как правило, только к удаленным терминалам; в
диспетчерских пунктах (MTU) происходит обработка/управление событиями (процессами,
объектами) в режиме «мягкого» (квази-) реального
времени. 6. Прикладное программное обеспечение
Ориентация на открытые архитектуры при построении систем
диспетчерского управления и сбора данных позволяет разработчикам этих систем
сконцентрироваться непосредственно на целевой задаче SCADA - сбор и обработка данных,
мониторинг, анализ событий, управление, реализация HMI-интерфейса. В последнее время на рынке появилось большое количество
программных продуктов класса SCADA/HMI, позволяющих решать специфические задачи по
управлению технологическими процессами, выходящие за рамки целевой задачи SCADA, такие как задачи автоматизации для
дискретного производства, отдельных производственных процессов, автоматизации с
использованием новейших информационных технологий и др. Наибольших успехов в этом направлении добились компании Intellution и Wonderware. |
|