SCADA

Эта статья входит в число готовых статей
Эта статья прошла проверку экспертом
Материал из «Знание.Вики»
SCADA Schematischer Überblick.png

SCADA (англ. Supervisory Control And Data Acquisition) — программно-аппаратный комплекс сбора данных и диспетчерского контроля.

Главная задача SCADA-систем — сбор информации о состоянии объектов управления и отображение этой информации в едином диспетчерском центре. В большинстве случаев диспетчер должен иметь возможность не только пассивно наблюдать за объектами, но и управлять ими, реагируя на текущую ситуацию[1].

Система SCADA является частью общей системы управления предприятием или другим промышленным объектом и включает в себя:

SCADA-системы используются во всех отраслях хозяйства, где требуется обеспечивать операторский контроль за технологическими процессами в реальном масштабе времени.

Основные задачи SCADA-систем

SCADA-системы решают следующие задачи:

  • сбор данных и представление их диспетчеру (оператору) в удобном для него виде, включая таблицы, мнемосхемы (условное графическое изображение управляемого объекта, отображающее ход производственного процесса), графики изменения параметров во времени;
  • отслеживание работы исполнительных механизмов, а также дистанционное управление процессом в ручном режиме, в случае необходимости;
  • ввод заданий (технологических рецептов);
  • распознавание аварийных ситуаций и информирование оператора о срабатывании защит;
  • формирование отчётности о ходе процесса и выработке продукции.

Основные группы SCADA-систем

Можно выделить три основные группы SCADA-систем:

  1. SCADA-системы, разработанные производителями контроллеров. Компоненты таких систем оптимизированы для работы с данными, получаемыми от ПЛК конкретного производителя. Недостатком является то, что разработчик системы привязан к конкретному программному обеспечению и линейке оборудования. Классическим примером подобной системы служит инструментальная среда Simatic WinCC немецкого концерна Siemens, реализованная либо как отдельный пакет, либо как опция в составе интегрального пакета TIA Portal.
  2. SCADA-системы, разработанные независимыми производителями. Эти системы являются наиболее гибкими средствами для создания приложений визуализации и управления технологическими процессами. К их достоинствам можно отнести поддержку большого числа функций по созданию децентрализованных и распределённых систем управления, а также возможность интеграции в одной системе оборудования различных производителей.
  3. SCADA-системы сквозного программирования, предполагающие разработку операторских станций не в качестве отдельного проекта, а как составной части системы управления[5].

Структура системы

Система SCADA обычно состоит из следующих основных элементов[1]:

  • диспетчерские пункты управления, MTU (англ. Master Terminal Unit) — диспетчерские компьютеры;
  • удаленные терминалы, RTU (англ. Remote Terminal Unit) — программируемые логические контроллеры и/или специализированные промышленные компьютеры, устанавливаемые на оборудовании;
  • каналы связи, CS (англ. Communication System).

Диспетчерские компьютеры

Диспетчерские компьютеры — это ядро ​​системы SCADA, в котором собираются данные о процессе. В небольших системах управляющий компьютер может состоять из одного ПК, выполняющего роль сервера, оснащённого программным приложением для связи оператора с управляемым объектом (человеко-машинный интерфейс). В более крупных системах главная станция может включать в себя несколько несколько серверов для сбора данных и несколько HMI, размещённых на клиентских компьютерах.

Программируемые логические контроллеры (ПЛК)

Для SCADA-систем, разработанных производителями ПЛК, характерна структура ПЛК-сервер SCADA. ПЛК осуществляют программное управление технологическим процессом по заданному алгоритму и предоставляют серверу SCADA-системы необходимую информацию о состоянии объекта, режимах работы оборудования в целом и его участков. На этом уровне выполняются следующие задачи:

  • обработка информации, поступающей с датчиков;
  • управление исполнительными механизмами;
  • обмен информацией с сервером SCADA.

ОРС-сервер

Для SCADA-систем, разработанных независимыми производителями, наиболее удобным оказался стандарт ОРС (англ. Open Platform Communications, ранее OLE for Process Control). В программные пакеты SCADA-систем была введена опция для работы дисчпетчерского компьютера в качестве ОРС-клиента, а производители аппаратного обеспечения стали снабжать свои контроллеры, модули ввода-вывода, интеллектуальные датчики и исполнительные устройства интерфейсом для работы с ОРС-сервером. Благодаря этому стало возможным подключение любого физического устройства к любой SCADA-системе, при условии соответствия стандарту ОРС [6].

Стандарт OPC UA (англ. Unified Architecture) устанавливает методы обмена сообщениями между ОРС-сервером и клиентом, не зависящие от аппаратно-программной платформы, от типа взаимодействующих систем и сетей.

Инфраструктура связи

Линии связи соединяют диспетчерские компьютеры, ПЛК и отдельные участки, работающие в автономном режиме. Это могут быть промышленные сети на основе протоколов PROFIBUS, Industrial Ethernet и другие.

Компоненты SCADA-системы

Ниже приведены основные компоненты SCADA-системы, позволяющие создать проект и отобразить картину протекающего процесса.

Мнемосхемы

Мнемосхема работы насосной станции

Мнемосхема — это графическое изображение (посредством встроенного в SCADA графического редактора) технологической схемы с визуализацией значений датчиков, состояния исполнительных механизмов и других параметров. Для визуализации используется не только отображение значений в виде цифр и надписей, но и изменение визуальных свойств отображаемых графических объектов. Например, в отображении ёмкости изменяется уровень жидкости, кроме того, цвет жидкости изменяется в зависимости от её температуры. Состояние исполнительного механизма визуализируется не только каким-то графическим признаком (например, зелёным цветом, когда механизм в работе), но и наглядно показана его работа. Например, посредством анимации может быть показано вращение лопастей насоса, движение ленты конвейера.

Тренды

Тренд — это графическое отображение изменения параметра во времени. Тренды в SCADA-системах могут отображать изменение параметра за всё время его хранения в архиве, причём в удобном для просмотра масштабе времени. В развитых системах в тренд встроены различные инструменты анализа графика, сравнения его с уставкой или другим параметром, сглаживание или фильтрация, отметки на графике событий (например, нарушение заданных границ) и многое другое.

Таблицы

Зачастую технологу удобнее анализировать данные, представленные не в виде графиков, а в виде таблиц. Обычно эти таблицы можно не только просматривать, но и экспортировать в другие системы, например, сохранять в формате Exсel.

Сообщения

Сообщения — это текстовые строки, информирующие оператора о событиях на объекте в той последовательности, в которой эти события происходят. Сообщения всплывают на экране или отображаются в специально выделенной для этого зоне.

Журналы сообщений служат для отображения списков сообщений в порядке их появления и сохранения в архиве. Как правило, используются разные экземпляры журналов для разных зон процесса, разных категорий сообщений, разных приоритетов.

Рецепты

Рецепты — это заранее сформированные технологические режимы и уставки, которые оператор (диспетчер) может использовать для загрузки в ПЛК и тем самым осуществлять текущее управление режимами работы оборудования.

Программа разработки проекта

Программа-редактор SCADA-системы

Программно-инструментальный комплекс позволяет разработать все перечисленные компоненты в составе единого проекта, а также осуществить привязку переменных из памяти ПЛК или OPC-сервера к соответствующим элементам SCADA-системы посредством создания таблицы промежуточных меркеров — тегов (англ.  tag — ярлык, этикетка, бирка).

После того, как проект был создан, отлажен и сохранён, он может быть запущен в работу переходом в режим Runtime (выполнение в реальном времени).

Модели SCADA-систем

Наиболее распространённые SCADA-системы представлены в таблицах ниже[7].

Зарубежные SCADA

НаименованиеФирма-производительСтрана
1WinCC[8]SiemensГермания
2Vijeo CitectSchneider ElectricФранция
3InTouch[9]WonderwareСША
4RSView32Rockwell AutomationСША
5Genesis64IconicsСША
6MOSCADMotorolaСША
7Real FlexBJ Software SystemsСША

Отечественные SCADA-системы

НаименованиеФирма-производитель
1Trace Mode[10]AdAstra
2IMAGENumpha Soft (Финляндия – Россия)
3MasterSCADA[11]ИнСАТ
4VNSИнСАТ
5КРУГ 2000КРУГ
6CKAT-MЦентрпрограммсистем
7КАСКАДАО «Элара»
8VIORD microSCADAФИОРД
9МИКСИС (MIKSys)МИФИ

В отличие от большинства зарубежных SCADA-систем все российские системы содержат встроенные средства программирования контроллеров с использованием языков стандарта МЭК61131-3[12], в том числе языка функциональных блоков. Причём, если программно-инструментальный комплекс разработки проекта SCADA-системы рассчитан на работу в среде Windows на IBM PC-совместимых компьютерах, то среда исполнения (Runtime) может работать и на других платформах, например, в ОС Linux на процессоре с архитектурой ARM (англ. Advanced RISC Machine).

Стандарт OPC поддерживают все перечисленные системы.

Примечания

  1. ↑ 1,0 1,1 Автоматизированные системы диспетчерского и технологического управления. Всё о SCADA-системах. ООО «НТЦ ЭНЕРГО-РЕСУРС». Дата обращения: 17 февраля 2024.
  2. ↑ ГОСТ Р МЭК 60073-2000. Интерфейс человекомашинный. Госстандарт России (01.01.2002). Дата обращения: 20 февраля 2024.
  3. ↑ ГОСТ IEC 60447-2015. Интерфейс «человек-машина». Госстандарт России (1 октября 2016). Дата обращения: 21 февраля 2024.
  4. ↑ Что такое SCADA. Sielco Sistemi. Дата обращения: 17 февраля 2024.
  5. ↑ Системы сбора данных и диспетчерского управления. Дата обращения: 19 февраля 2024.
  6. ↑ ОРС сервер. Дата обращения: 19 февраля 2024.
  7. ↑ Общая характеристика SCADA-систем. SCADA. Дата обращения: 20 февраля 2024.
  8. ↑ Обзор SIMATIC HMI SCADA WinCC V7. ООО Промэнерго Автоматика. Дата обращения: 20 февраля 2024.
  9. ↑ Scada система Intouch компании Wonderware. ООО "Торнадо-Проект. Дата обращения: 20 февраля 2024.
  10. ↑ Обзор SCADA TRACE MODE 6. TRACE MODE. Дата обращения: 20 февраля 2024.
  11. ↑ SCADA СИСТЕМА MASTERSCADA. ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИИ. Дата обращения: 20 февраля 2024.
  12. ↑ ГОСТ Р МЭК 61131-3-2016. КОНТРОЛЛЕРЫ ПРОГРАММИРУЕМЫЕ. Госстандарт России (1 апреля 2017). Дата обращения: 21 февраля 2024.

Литература

Кангин В. В, Кангин М. В., Ямолдинов Д. Н. Разработка SCADA-систем. Учебное пособие. — 2-е изд. — «Инфра-Инженерия», 2023. — 564 с. — ISBN 978-5-9729-1658-0.

Андреев Е. Б., Куцевич Н. А., Синенко О. В. SCADA-системы: взгляд изнутри. — «Космоскоп», 2004. — 176 с. — ISBN 5-9900271-1-7.

Источник — https://znanierussia.ru/articles/index.php?title=SCADA&oldid=694230