SCADA (supervisory control and data acquisition, диспетчерское управление и сбор данных) – программный пакет, предназначенный для разработки или обеспечения работы в реальном времени систем сбора, обработки, отображения и архивирования информации об объекте мониторинга или управления. SCADA может являться частью АСУ ТП, АСКУЭ, системы экологического мониторинга, научного эксперимента, автоматизации здания и т. д. SCADA-системы используются во всех отраслях хозяйства, где требуется обеспечивать операторский контроль за технологическими процессами в реальном времени.
Главная функция SCADA-систем это создание человеко-машинного интерфейса т.е. SCADA система выступает сразу в двух ролях – в роли HMI и в роли инструмента его создания. Подсистемы, входящие в состав SCADA-системы:
драйверы или серверы ввода-вывода – программы обеспечивающие связь SCADA с промышленными контроллерами;
система реального времени – программа, которая обеспечивает обработку данных в пределах заданного времени с учетом приоритетов;
человеко-машинный интерфейс – инструмент, который представляет данные о ходе процесса человеку оператору, что позволяет оператору контролировать процесс и управлять им;
система логического управления – программа, обеспечивающая исполнение пользовательских программ (скриптов) логического управления в SCADA-системе. Набор редакторов для их разработки;
база данных реального времени – обеспечивает хранение истории процесса;
система управления тревогами – программа, обеспечивающая автоматический контроль технологических событий, отнесение их к категории нормальных, предупреждающих или аварийных, а также обработку событий оператором или компьютером.
По применению SCADA-системы можно разделить на две группы:
использование методов искусственного интеллекта для решения задач поддержки и принятия решений и управления;
методы обработки и представления информации, основанные на знаниях.
В первую группу входят системы, реализующие традиционные функции мониторинга и управления процессами:
ведение базы данных реального времени;
выполнение расчетов;
графическое представление данных и параметров в виде мнемосхем, графиков, диаграмм и т.д.;
предупредительная сигнализация;
архивирование информации;
генерирование отчетов.
К данной группе относят продукты вида: RTAP/Plus (HewlettPackard), Monitrol\UX (Hilco), PMIS (Bradley-Ward), Simplicity (GE Fanuc) и т.д.
В функции систем второй группы входит интеллектуальная информационная поддержка человека-оператора при управлении процессами. К числу этих функций относятся:
ситуационный анализ состояния объекта контроля и управления;
оперативный поиск действий оператора-управленца при возникновении аномальных и критических ситуаций;
диагностика состояния технологического оборудования;
диагностика состояния технологического процесса;
логический анализ событий;
логический анализ аномальных ситуаций;
прогноз поведения процесса во времени и другие;
защита от несанкционированных технологическим регламентом действий оперативного персонала;
ведение баз данных и знаний реального времени;
ведение гипертекстовых баз эксплуатационных и регламентных знаний.
Примерами данных систем являются зарубежная система G2 (Gensym, США), и отечественная система «СПРИНТ-РВ» (Россия), которые включают в себя не только инструментальные средства проектирования и тестирования моделей предметной области, но и средства интеллектуальной информационной поддержки принятия решений реального времени. Системы этих двух групп могут быть взаимно-дополняемы, но если система первой группы – это основы современных систем управления, то системы, основанные на знаниях, по многим причинам используются не часто.
Одни из основных причин являются:
технология создания систем, которые основываются на знаниях, недостаточно формализована, требует привлечения высококвалифицированных специалистов по инженерии, знаний и дорогостоящих экспертов, что, в конечном счете, приводит к значительным финансовым и временным затратам. Поэтому системы этого класса создаются только тогда, когда их применение сулит очень крупные материальные выгоды;
системы, основанные на знаниях, разрабатываются, в основном, как системы, модель знаний которых не может быть полной, что не всегда позволяет включать их в состав основных средств мониторинга и управления. Они используются как информационно-консультирующие средства.
Эти проблемы могут быть решены следующим способом – при помощи мониторинга/ управления и методов систем, основанных на знаниях, должны создаваться по единой высокоавтоматизированной технологии и составлять единое целое. Такую интегрированную технологию обеспечивает система «СПРИНТ-РВ», которая реализует как традиционные функции мониторинга/управления, так и интеллектуальные технологии оперативной поддержки принятия решений.
Термин “SCADA” имеет двоякое толкование. Наиболее широко распространено понимание SCADA как приложения , то есть программного комплекса, обеспечивающего выполнение указанных функций, а также инструментальных средств для разработки этого программного обеспечения.
Однако, часто под SCADA-системой подразумевают программно-аппаратный комплекс . Подобное понимание термина SCADA более характерно для раздела телеметрия.
Значение термина SCADA претерпело изменения вместе с развитием технологий автоматизации и управления технологическими процессами.
В 80-е годы под SCADA-системами чаще понимали программно-аппаратные комплексы сбора данных реального времени.
С 90-х годов в связи с тем, что всё большая часть функций автоматического управления решается не аппаратными, а программными средствами, термин SCADA больше используется для обозначения только программной части человеко-машинного интерфейса АСУ ТП.
SCADA-системы позволяют разрабатывать АСУ ТП в клиент-серверной или в распределённой архитектуре.
SCADA-система обычно содержит следующие подсистемы:
Термин SCADA обычно относится к централизованным системам контроля и управления всей системой, или комплексами систем, осуществляемого с участием человека. Большинство управляющих воздействий выполняется автоматически RTU или ПЛК.
Непосредственное управление процессом обычно обеспечивается RTU или PLC, а SCADA управляет режимами работы.
Например, PLC может управлять потоком охлаждающей воды внутри части производственного процесса, а SCADA система может позволить операторам изменять уставки для потока, менять маршруты движения жидкости, заполнять те или иные ёмкости, а также следить за тревожными сообщениями (алармами ), такими как - потеря потока и высокая температура, которые должны быть отображены, записаны, и на которые оператор должен своевременно реагировать.
Цикл управления с обратной связью проходит через RTU или ПЛК, в то время как SCADA система контролирует полное выполнение цикла.
Сбор данных начинается в контроллере и включает показания измерительного прибора. Далее данные собираются и форматируются наглядным способом в виде интерактивных мнемосхем, таблиц с понятными значениями, которые приняты в этой системе.
Если все сделано правильно, то оператор диспетчерской может принять контролирующие решения - корректировать или прервать стандартное управление средствами контроллера.
Данные могут также быть записаны в для построения трендов и другой аналитической обработки накопленных данных.
Supervisory Control And Data Acquisition (SCADA)
SCADA-система – это инструментальная программа, обеспечивающая создание программного обеспечения для автоматизации контроля и управления технологическим процессом в режиме реального времени. Основная цель создаваемой с помощью SCADA программы – дать оператору, управляющему технологическим процессом, полную информацию об этом процессе и необходимые средства для воздействия на него.
От надежности, быстродействия и эргономичности SCADA-системы зависит не только эффективность управления технологическим процессом, но и его безопасность.
Специалисты отдела АСУТП промышленного предприятия по изготовлению соды утверждают, что в основном используют такие компоненты, как мониторинг и управление, архивирование технологических параметров, сообщений, подсистему формирования отчетов.
Мониторинг и управление, собственно, то, для чего и устанавливается система управления. Архивы параметров, сообщений и отчеты необходимы для оценки и анализа ведения технологического процесса, действий оператора и т.д. Также для них важен один из базовых инструментов SCADA – разграничение прав доступа к управлению по уровням (оператор, технолог, инженер АСУТП).
В связи с тенденцией к интеграции систем управления технологическими процессами и систем управления предприятием все чаще возникает необходимость использования SCADA в качестве источника данных для вышестоящих систем. Некоторые SCADA могут выступать и как сервер консолидации всех технологических данных, и как сервер генерации отчетов на базе этих данных.
Если система управления, построена на базе ПЛК одного производителя (к примеру, Siemens SIMATIC), то обмен данными между контроллерами и SCADA происходит с помощью встроенных драйверов протоколов связи. Некоторые независимые от производителей оборудования SCADA предлагают набор драйверов ко многим (но не всем) имеющимся на рынке контроллерам и интеллектуальными приборам. Наиболее универсальный способ взаимодействия – это использование драйверов, разработанных в соответствии со стандартом OPC. Такие OPC-серверы могут быть разработаны производителями контроллеров или независимыми разработчиками, а использоваться вместе с любой SCADA- системой. Для эффективной работы с OPC- серверами SCADA должна использовать их напрямую, по технологии «OPC в ядре системы», а не через промежуточные интерфейсы. Некоторые SCADA являются вертикально-интегрированными: в их состав входят системы программирования для свободно-программируемых контроллеров. В них также используются внутренние драйверы для связи с контроллером. Такие SCADA позволяют создать ПТК с использованием оборудования разных производителей.
Системы технологической автоматизации обычно разделены на 3 уровня: нижний, средний и верхний. Выше них находится уровень управления производством в целом.
Нижний уровень
– это сами датчики и исполнительные механизмы
Средний уровень
– контроллеры. На среднем уровне происходит:
Верхний уровень – это и есть уровень SCADA. На этом уровне происходит:
Управление предприятием производится на двух уровнях:
MES (Manufacturing Execution Systems) – система управления производством продукции в реальном времени. Этот уровень служит для планирования производственных заданий для технологических процессов, построения сводных отчетов, глубокого анализа процесса (например, прогнозирование, построение энергетического и материально¬го баланса и др.). Для этих целей также может быть использован инструментарий SCADA.
ERP (Enterprise Resource Planning) – система автоматизированного управления административно-финансовой и административно-хозяйственной деятельностью предприятия. На этом уровне используются другие специализированные системы, например, SAP R3.
■ Мнемосхемы
Мнемосхема – это графическое изображение (с помощью встроенного в SCADA графического редактора) технологической схемы с визуализацией значений датчиков, состояния исполнительных механизмов и др. параметров. Для визуализации используется не только отображение значений в виде цифр и надписей, но и изменение визуальных свойств отображаемых графических объектов. Например, в емкости изменяется уровень жидкости, а ее цвет изменяется в зависимости от температуры (динамизация). Исполнительные механизмы могут не просто показывать свое состояние каким-то графическим признаком (например, цветом), но и наглядно показывать свою работу – например, вращением лопастей насоса, движением ленты конвейера и т.п. (анимация).
■ Архивы
Получаемые от контроллеров данные SCADA складывает в архивы. Предварительно данные могут быть обработаны (отфильтрованы, усреднены, сжаты и т.п.). Часто используется не регулярная запись, а запись по изменению с использованием порога чувствительности («мертвой зоны»). Длительность хранения настраивается в SCADA индивидуально для каждого параметра и может составлять до нескольких лет.
■ Тренды
Тренд – это графическое отображение изменения параметра во времени. Тренды в SCADA- системах могут показывать изменение параметра за всю длительность его хранения в архиве. Оператору предоставляется возможность изменять масштаб, как времени, так и самого параметра. 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 границ) или закладок для памяти и многое другое.
■ Таблицы
Зачастую технологу удобнее просматривать архивы не в графическом виде, а в виде таблиц. Обычно эти таблицы можно не только просматривать, но и экспортировать в другие системы.
■ Графики
Обычно SCADA позволяют смотреть и зависимость одних параметров от других, тоже во времени. Хотя это функция и менее востребована технологами, чем тренды.
■ Гистограммы и диаграммы
Другим распространенным способом представления параметров являются гистрограммы (столбиковые диаграммы).
■
Сообщения
Сообщения – это текстовые строки, которые информируют оператора о событиях на объекте в той последовательности, в которой эти события происходят. Они всплывают на экране или отображаются в специально выделенной для этого зоне.
■
Журналы сообщений
Журналы сообщений служат для отображения списков сообщений в том порядке, как они появлялись и были сохранены в архив. Как правило, используются разные экземпляры журналов для разных зон процесса, разных категорий сообщений, разных приоритетов.
■ Контроль прав доступа
Для того, чтобы оператор мог совершить те или иные действия, ему должны быть администратором предоставлены соответствующие права – например, право управлять исполнительным механизмом, или право изменить задание регулятору. В начале смены оператор регистрируется в системе, и она предоставляет ему выполнять только те действия, которые ему разрешены администратором.
■Журнал действий оператора
Управление технологическим процессом очень ответственная задача, поэтому все действия оператора записываются для контроля в специальный журнал, который может быть проанализирован в случае нештатных ситуаций.
■ Формирование отчета
Удобная среда разработки отчетов позволяет легко и быстро подготовить отформатированные и насыщенные информацией отчеты.
ХАРАКТЕРИСТИКИ SCADA-СИСТЕМЫ
Наиболее популярные в России следующие зарубежные SCADA:
– WinCC (Siemens, Германия);
– InTouch (Wonderware, США);
– RSView32 (Rockwell Automation, США);
– Genesis64 (Iconics, США);
– Vijeo Citect (Schneider Electric, Франция).
Наиболее популярные отечественные модели SCADA:
– MasterSCADA (ИнСАТ, Москва);
– TRACE MODE (AdAstra, Москва);
– Круг2000 (Круг, Пенза).
В отличие от большинства западных SCADA все российские содержат встроенные средства программирования контроллеров с использованием языков стандарта МЭК61131-3, в том числе языка функциональных блоков. Причем, если сама SCADA рассчитана на работу в среде Windows на PC-совместимых компьютерах, то исполнительная система для контроллеров может работать и на Logix других платформах, например, Linux на процессоре с архитектурой ARM.
Стандарт OPC поддерживают все перечисленные системы, однако в системе «Trace Mode» упор делается на использование собственных драйверов, а MasterSCADA, хоть и поддерживает использование драйверов, но основывается на технологии «OPC в ядре системы» и предлагает отдельный инструментальный пакет для разработки OPC-серверов.
Все современные SCADA, как отечественные, так и зарубежные, имеют полный функционал для этого класса программ, поэтому их сравнение по перечню функций в последние годы потеряло смысл. Основное преимущество российских SCADA – это их изначальная нацеленность на российский рынок (русскоязычная, а не переводная документация, техническая поддержка, уровень цен). Можно сделать вывод, что для каждого предприятия или даже применения желательно сделать сравнение нескольких SCADA, как по цене, так и по возможностям. Практически все SCADA имеют пробную версию, которая позволяет проверить ее пригодность для решаемой задачи.
Редакция «КИПинфо»
Электронный журнал “КИПинфо” №17 2013
Популярные товары
Инженерных систем зданий применяется программное обеспечение SCADA.
SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition - диспетчерское управление и сбор данных) - программный пакет для проектирования и разработки систем сбора, обработки, отображения и архивирования информации об объекте мониторинга или управления.
Наша организация осуществляет разработку проектов SCADA для наиболее востребованных в России SCADA систем. Уточнить цены программных комплексов SCADA и стоимость проектирования вы можете у наших специалистов.
Masterscada - мощный и удобный инструмент для быстрой и качественной разработки систем распределенной диспетчеризации, во всех отраслях промышленности и ЖКХ.
SIMPLE-SCADA – простая, современная SCADA-система. Клиент-серверная архитектура, Web-клиент, Система отчетов, Работа с OPC DA, OPC UA серверами, Компилятор скриптов, Работа с СУБД MySQL, SQL Server, Многомониторный режим, Звонки, SMS, AT-команды, Отправка E-mail, Telegram, Резервирование серверов).
CitectSCADA – программный продукт, представляющий собой полнофункциональную систему мониторинга, управления и сбора данных позволяет обеспечить: Визуализацию процесса в графическом режиме, управление алармами, отслеживание трендов в реальном времени и доступ к архивным трендам, подготовку детализированных отчетов, статический контроль процесса.
Rapid SCADA - это бесплатная, полнофункциональная SCADA-система с открытым исходным кодом. С помощью Rapid SCADA можно создать автоматизированные системы следующих типов: Системы управления технологическими процессами (АСУ ТП), Системы «умный дом», Системы учёта энергоресурсов ( , АСТУЭ, АИИС КУЭ). (ОПС), Системы контроля доступа (СКУД),
Simatic WinCC - Система HMI, программное обеспечение для создания , составная часть семейства систем автоматизации Simatic, производимых компанией Siemens AG. Работает под управлением операционных систем семейства Microsoft Windows и использует базу данных Microsoft SQL Server.
DataRate - простое и эффективное программное обеспечение для построения систем диспетчеризации, мониторинга, контроля и управления технологическими процессами .
TRACE MODE - программный комплекс, предназначенный для разработки программного обеспечения автоматизированных систем, систем телемеханики, автоматизации зданий, систем учёта энергоресурсов (электроэнергии, тепловой энергии, газа, воды).
Программный комплекс GENESIS64 компании ICONICS является новым поколением 64-битного программного обеспечения для систем промышленной визуализации. С решениями для всех отраслей промышленности, GENESIS64 объединяет подключаемые данные, агрегирует их, чтобы предоставить визуализацию в максимально гибком и комплексном режиме программного пакета для задач HMI/SCADA в реальном времени и в будущем
SCADA-система ОВЕН Телемеханика ЛАЙТ – полноценный инструмент для проведения полного цикла работ по настройке сбора данных и управлению, заданию алгоритмов обработки, формированию сигналов тревог, настройке баз данных истории, формированию технологических и оперативных схем отображения информации.
|
Диспетчеризация |
|
|
Конфигурирование OPC-сервера |
от 4 500 руб |
| Добавление тегов одного контроллера в OPC-сервер | от 3 000 руб |
| Внесение изменений в одну мнемосхему | от 3 000 руб |
| Настройка сервера аварий (до 100 тегов) | от 15 000 руб |
| Настройка сервера событий (до 100 тегов) | от 15 000 руб |
| Добавление тега на мнемосхему (до 100 тегов) | от 500 руб |
|
Разработка одной мнемосхемы (экрана SCADA) |
от 20 000 руб |
| Диагностика неисправностей в SCADA | от 7 000 руб |
| Диагностика неисправностей преобразователя интерфейсов | от 3 000 руб |
|
Конфигурирование щита коммутации (настройка преобразователя интерфейсов) |
от 1 500 руб |
| Разработка диспетчеризации объекта «под ключ» (до 15 мнемосхем) | от 400 000 руб |
SCADA -система как инструмент проектирования АСУ ТП
Касьянова Екатерина Николаевна
студентка 2 курса, кафедры «Промышленная автоматика»,
Васильева Наталья Геннадьевна
научный руководитель, ассистент кафедры «Промышленная автоматика»,
филиала ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный авиационный технический университет» в г. Кумертау
Современное производство не может обойтись без автоматизации. Системы автоматического управления технологическими процессами (АСУТП) повышают производительность труда, обеспечивают безопасность производства, увеличивают выход продукции, снижают процент брака, экономят ресурсы и позволяют на 10–15 лет продлить срок службы технологического оборудования. Но главное – АСУТП гарантируют качество выпускаемой продукции, а ведь именно оно определяет, насколько конкурентоспособным будет товар на рынке.
В качестве систем получивших наибольшее распространение при разработке АСУ ТП предприятия выступают SCADA-системы. Они являются неотъемлемой частью современных автоматизированных систем управления процессами или как ее еще называют средой визуализации. Система SCADA реализует все основные функции визуализации измеряемой и контролируемой информации, а так же передачи данных и команд системе контроля и управления.
SCADA-система состоит из инструментального и исполнительного комплексов. Инструментальный комплекс предназначен для разработки конкретного программного обеспечения автоматизированных рабочих мест технолога, оператора, диспетчера и т.д. исполнительный комплекс реализует разработанное программное обеспечение в определенной операционной среде.
SCADA-системы представляют следующие основные возможности:
Наверное, нет такой отрасли промышленности в России, в которой не была бы внедрена SCADA – система TRACE MODE. Однако на многих предприятиях по-прежнему вся ответственность за наблюдением параметров технологического процесса, архивирования данных, принятия решений в нештатных ситуациях возлагается на профессионализм и субъективизм лиц принимающих решение. Не исключение является цех нанесения гальванопокрытий на ОАО «КумАПП». Попробуем спроектировать АСУ ТП нанесения гальванического покрытия: анодного оксидирования с помощью SCADA-системы TRACE MODE.
Преимущества АСУ ТП очевидны, однако эти системы весьма недешевы, так что далеко не все предприятия могут позволить себе подобную "роскошь". Как модернизировать производство и не потратить при этом целого состояния? Такая задача стоит перед каждым руководителем. В этой статье будет предложен один из путей ее решения с использованием SCADA-системы TRACE MODE.
Анодное оксидирование – один из основных методов защиты алюминия и его сплавов от коррозии. Наряду с высокими защитными свойствами анодная пленка обладает так же высокими адгезионными свойствами, благодаря чему она является хорошей основой для лакокрасочных покрытий.
Физико-механические свойства анодных покрытий зависят от большого количества технологических параметров: температуры, уровня и рН раствора, кислотности и температуры электролита, плотности тока, длительности технологического процесса.
Технологический процесс анодного оксидирования состоит из следующих операций:
Все современные SCADA – системы позволяют создавать графический интерфейс, что облегчает диалог оператора с машиной. Среди SCADA – систем распространена векторная графика, что позволяет создавать отдельные графические объекты, производить различные операции над ними, обеспечить динамичность изображения за счет масштабирования, перемещения, вращения, изменения цвета объектов, образующих изображение.
Графическая среда TRACE MODE предлагает инструменты для создания таких графических примитивов, как линия, ломаные, кривые, прямоугольники, плоские фигуры, объёмные фигуры, а так же различные кнопки, тренды, выключатели, приборы для отображения значения величины, регулятор в виде ползунка, диаграммы. Ряд графических примитивов дает возможность настроить свойства динамического изображения, что позволяет сделать изображение динамическим (заливка, контур и т.д.). Многие объекты позволяют настроить выполнение того или иного действия при нажатии или отпускании левой клавиши мыши. Многие графические объекты, позволяют изменять цвет заполнения замкнутой фигуры в зависимости от принадлежности параметра к тому или иному диапазону . Результаты использования вышеуказанных инструментов для создания АСУ ТП нанесения гальванопокрытий представлены на рисунке1.
Рисунок 1- Вид графического экрана АРМ оператора
Сочетание динамического и статического изображения позволяет получить на экране интуитивно понятное изображение технологического процесса. Мнемосхема изображенная на рисунке 2 содержит статическое изображение и динамическое.
Статическое изображение представлено трубами, насосами, емкостями. Динамическое изображение представлено разрезом емкости, который позволяет показать уровень жидкости, находящейся в нем.
Рисунок 2 – Мнемосхема ванны промывки
В качестве объекта выбрана ванна промывки, так как эта операция
промывки, так как повторяется не менее четырех раз в течение технологического процесса, к тому же величина уровня в ванне может изменять в результате испарения (промывка в теплой воде), выноса жидкости на поверхности деталей.
Динамику изменения технологического параметра во времени удобно представить в виде зависимости изменения данного параметра во времени. По этой причине в SCADA-системах нашли широкое распространение объекты, которые позволяют представить изменение определённого параметра во времени. Такие объекты называют трендами. Тренд реального времени отображает в реальном времени изменение параметра. Как правило, тренды содержат полосу прокрутки, что позволяет вернуться «назад», и посмотреть что происходило ранее на производстве или вернуться в «текущее время». Тренд для отображения уровня жидкости представлен на рисунке 3.
Рисунок 3 – Тренд, отображающий уровень жидкости.
На многих производствах необходимо контролировать тот или иной параметр для исключения аварий, выхода из строя оборудования. SCADA- системы позволяют контролировать значения параметров производственного процесса. Однако только контроля параметров не достаточно, необходимо во многих случаях сообщать оператору об аварийной ситуации, близости значения параметра к аварийному значению, вести учет всех имевших место аварийных ситуаций. Все современные SCADA- системы, в том числе и TRACE MODE позволяют работать с тревогами и событиями.
Система позволяет настроить аналоговые тревоги, задавая различные диапазоны значений контролируемого параметра. В рассматриваемой системе при достижении жидкости уровня АВУ включается аварийная сигнализация. Для ее имитации применен видеоклип lamp_alarm_red0.
К тому же TRACE MODE позволяет установить соответствие между событием или тревогой и категорией. Категория отображает степень важности для пользователя сообщения. Вариант настройки категорий приведен на рисунке 4.
Рисунок 4 – Вариант настройки категорий словаря сообщений
Тревоги и события могут отражаться с помощью специального объекта – отчета тревог или отчета о состоянии производства . Информация о событии или тревоге может сохраняться в текстовом файле, называемом отчетом тревог (рисунок 5).
Рисунок 5 – Вариант отчета тревог
