SCADA - программное обеспечение автоматических систем управления технологическим процессом

 

Содержание

Введение

Зарубежные SCADA-системы

Отечественные SCADA-системы

Краткое описание современных SCADA-систем

Заключение

Использованная литература

Приложение

Введение

Большую роль в повседневной жизни играют разного рода товары и услуги. Оказание различных услуг, производство товаров включает в себя различные процессы. В большинстве случаев бесконтрольное протекание процессов недопустимо из -за возможного нанесения травм, материального ущерба, создания аварийной ситуации. Процессы автоматизируются с использованием современной вычислительной техники, что позволяет точнее выставлять температуру в печи, к примеру, снижая расходы на топливо. Сегодня могут развиваться, конкурировать на рынке только те производители, которые используют современную технику, обеспечивая автоматизацию технологических процессов. По этим причинам все большее распространение получают различные автоматизированные процессы на производстве. Автоматизация технологических процессов начиналась с разработки САР систем ( Система Автоматического Регулирования ). САР обеспечивали управление отдельными параметрами, агрегатами. Техника начинает отслеживать значения отдельного параметра, программно управлять процессом, стабилизировать различные параметры технологических процессов. Дальнейшее развитие науки и техники приводит к созданию САУ (Система Автоматического Управления ). Объектами управления становятся системы. САУ становятся способными воспроизводить сложные законы управления или регулирования, появляется возможность идентификации объектов и состояния системы. Системы включают в себя измерительные системы, исполнительные механизмы, средства отображения информации. Человек все больше удаляется от технологического процесса. Дальнейшее развитие науки и техники приводит к распространению вычислительной техники. Вычислительная техника автоматизирует технологические процессы. Появляется АСУ ТП ( Автоматизированная Система Управления Технологическим Процессом ) Сначала использовались микроконтроллеры, автоматизирующие технологические процессы. Подобные системы годились для автоматизации процессов, относительно простой визуализации, но не обеспечивали хранение, обработку измерительной информации, полноценное взаимодействие с оператором.

Также промышленники отмечают следующие недостатки : неповоротливость программных комплексов, низкая скорость обмена данными, недостаточный объем памяти. Появление персональных компьютеров позволило обеспечить не только автоматизацию технологических процессов, но и хранение, обработку поступающей информации, увеличить пропускную способность АСУ ТП, решить проблему малого объема памяти, улучшить визуализацию. АСУ ТП на базе современных вычислительных машин позволяет так же создавать различные документы, отчеты о состоянии процесса, дистанционно управлять процессом.

Контроллеры нижнего уровня осуществляет следующие функции :

vсбор данных о состоянии технологического процесса;

vуправление работой исполнительных механизмов ;

vавтоматическое логическое управление.

Данные с контроллеров нижнего уровня могут поступать в офисную сеть диспетчерского уровня непосредственно или через контроллеры верхнего уровня. Контроллер верхнего уровня выполняет следующие функции :

vсбор данных с контроллеров нижнего уровня ;

vобработка данных ( масштабирование, к примеру );

vсинхронизация работы подсистем АСУ ТП ;

vсоздание архивов ;

vсохранение работоспособности при нарушении связи между контроллерами верхнего уровня и диспетчерским пунктом ;

vрезервирование каналов, по которым происходит передача данных.

В качестве контроллеров верхнего уровня могут использоваться концентраторы, коммуникационные контроллеры. Микро -SCADA- программное обеспечение АСУ ТП, реализующее автоматическое управление и контроль технологического процесса, специализирующееся на автоматизации в определенной области. Диспетчерский уровень представлен в первую очередь операторскими станциями, а также рабочими местами специалистов, сервером баз данных. Диспетчерские станции получают от подсистем и систем ввода /вывод различные данные о состоянии технологического процесса. Полученные данные необходимо обработать определенным образом, проанализировать, преподнести диспетчеру в той или иной форме информацию о состоянии технологического процесса, дать ему возможность управлять процессом. Помимо этого следует выполнять и другие функции, такие как создание документов и отчетов. Для выполнения указанных функций необходимо программное обеспечение, которое обеспечит сбор, обработку, анализ данных о параметрах процесса, управление процессом. Можно использовать программное обеспечение, написанное на языке высокого уровня или в специальной среде разработки АСУ ТП. Создание программ на языке высокого уровня требует не только знания языков программирования и навыков программирования, но и понимания технологического процесса, который необходимо автоматизировать. Программисты, которые создают программное обеспечение для управления технологическим процессом на языках высокого уровня, должны изучить автоматизируемый процесс, что приводит к длительности создания АСУ ТП, делает разработку дорогостоящей. Данную проблему позволяют решить SCADA-системы. Технолог, который хорошо знает технологический процесс, не имеет навыков программирования и не может написать программу на языках высокого уровня для АСУ ТП. Поэтому необходима специализированная система, позволяющая автоматизировать любой технологический процесс.

Зарубежные SCADA-система

·In Touch (Wonderware,США)

·iFIX (Intellution,США)

·SIMATIC WinCC (Siemens,Германия)

·Citect (Schneider Electric,США)

·RTAP/plus (HP,Канада)

·Wizcon (PC Soft International,Израиль-США)

·Sitex и Phocus (Jade SoftWare,Великобритания)

·Real Flex (BJ Software Systems,США)

·Factory Link (US Data Corp.,США)

·View Star 750 (AEG,Германия)

·PlantScape (SCAN 3000) (Honeywell,США)

·Genesis32 (Iconics,США)Light miniSCADA - реализованные в системе инновационные решения, позволяют максимально сократить сроки на разработку, настройку и дальнейшую эксплуатацию проектов по АСУ ТП. SCADA система не требует от разработчика специфических знаний в области программирования и разработки систем верхнего уровня. Достаточно только сконфигурировать систему под разрабатываемые задачи, имея лишь базовые знания пользователя ПК.Light miniSCADA имеет поддержку большого количеств моделей контроллеров и устройств сбора данных. Является одной из недорогих сред разработки визуализации.WinCC - мощная среда разработки верхнего уровня управления АСУ ТП с централизованным контролем и сбором данных, система SIMATIC WinCC (Windows Control Center) - это компьютерная система человеко-машинного интерфейса, работающая под управлением операционных систем Windows и предоставляющая широкие функциональные возможности для построения систем управления различного назначения и уровней автоматизации.система CitectSCADA - программный продукт, представляющий собой полнофункциональную систему визуализации и мониторинга, управления и сбора данных. ПО Citect SCADA включает в себя все функциональные блоки (тренды, алармы, отчеты, драйвера, протоколы) представляя собой единое средство разработки проекта. В отличие от ПК -совместимых АСУ ТП Citect SCADA разрабатывалась как высокоэффективное средство управления интегрированными системами предприятия. Технологии Internet Explorer'а позволяют реализовывать удаленный мониторинг системы и управление технологическим процессом.

Дополнительное расширение возможностей Citect SCADA:- специальное приложение для автоматизации зданий и систем жизнеобеспечения сооружений и объектов ЖКХ.Reports - Мощная система сбора данных и генерации отчетов на основе MS SQL Server 2005 и встроенной службы Reporting Services.система Intouchсистема InTouch - это достаточно мощная среда разработки визуализации и управления для промышленной автоматизации технологических процессов и диспетчерского контроля. SCADA система InTouch применяется для создания DCS (распределенных систем управления) и других АСУ ТП. Актуальной, на данный момент является версия InTouch 9.

Программный пакет InTouch 9.5:

Повышение эффективности работы производства

Увеличение возможностей инженерного проектирования и рост технической производительности. Упрощение и ускорение процедуры изменения, обновления и модификации в рамках множества приложений благодаря технологии Wonderware SmartSymbols

Визуализация и управление производственными процессами посредством удобных в использовании среды разработки и набора графических средств.

Создание и развертывание гибких приложений. Возможности расширения

Высокая способность связи

Соответствие требованиям FDA 21 CFR Part 11

Преимущества интеграции программных и аппаратных решений

Программный пакет InTouch: сертификат и право использования логотипа Microsoft "Designed For Windows® XP"

Отечественные SCADA-системы

К преимуществам отечественных SCADA-систем можно отнести большую приспособленность к российским условиям, удобную техническую поддержку и, как правило, низкую стоимость по сравнению с зарубежными аналогами. Отечественные SCADA-системы:

TRACE MODE (AdAstra, Москва))

СКАТ(Центрпрограммсистем, Тверь)

VNS, GARDEN, Vis-a-Vis (ИнСАТ)

VIORD («Фиорд»)

RTWin (SWD -Системы Реального Времени)

ЗОНД(АСУТП Программа)

SCADA-система VIORD(Фиорд)

Компания Фиорд является разработчиком SCADA-системы PcVue.

Одной из ключевых концепций PcVue 11 является ориентация на предоставление пользователю широких возможностей для быстрого создания проектов в конкретных предметных областях. В частности, в области автоматизации зданий («Smart BuildingReady») и интеллектуальной энергетики («Smart Grid Ready»).

PcVue <#"justify">vинтерфейс с оператором (иногда ее называют диалоговой подсистемой);

vинтерфейс с оборудованием;

vобработка данных реализация заданного алгоритма.

Эти подсистемы взаимодействуют между собой путем обмена информацией.

В каждой из этих подсистем можно, в свою очередь, выделить функционально законченные части - модули. Это, соответственно, панель управления, модуль связи с устройством, алгоритм обработки данных.

Таким образом, мы можем представить СКУ как совокупность модулей, связанных между собой информационными потоками. RTWin исходит из такой модели представления СКУ и дает разработчику возможность проектирования СКУ, оперируя понятиями модулей системы и потоков данных. Каждый модуль имеет свое функциональное назначение. Модули, выполняющие функции интерфейса с пользователем, называются панели управления, а модули, выполняющие функции обработки данных и интерфейса с устройствами ввода/вывода, называются объекты.

Почему же мы предлагаем реализовать две различные функциональные подсистемы на модулях типа объект?

Здесь можно указать две основные причины:

vна практике часто целесообразно совместить, например, функции сбора и первичной обработки данных в одном модуле;

vмодули, сходные по способу и средствам реализации, могут быть созданы одними и теми же инструментальными средствами.

В общем случае объект реализует некоторый алгоритм. Реализуемый объектом алгоритм представляется в виде совокупности блок-функций (блоков), имеющих входы/выходы и связанных между собой.

Панели управления реализуют интерфейс с пользователем в графическом режиме. Каждая панель управления в системе RTWin реализована как отдельное окно в среде графического интерфейса Photon и может содержать графическое изображение любой сложности - мнемосхемы, графики, текстовую и числовую информацию, разнообразные органы управления (кнопки, слайдеры) и т.д. Панели управления обеспечивают оперативное отображение хода технологического процесса (включая элементы мультипликации) и прием управляющих воздействий от оператора с проверкой прав доступа.

Модульная архитектура создаваемых в RTWin СКУ обусловливает такие важные практические свойства СКУ, как:

vмногозадачность;

vраспределенность;

vмногопользовательский режим;

vмасштабируемость;

vконфигурируемость;

vнаращиваемость.

Каждый объект в системе RTWin реализован как самостоятельный загружаемый и исполняемый программный модуль (задача) в среде многозадачной сетевой операционной системы QNX, функционирующей в реальном масштабе времени. Взаимодействие его с другими процессами -объектами, выполняющимися на различных узлах локальной сети и образующими в совокупности распределенную систему, осуществляется посредством обмена данными (сообщениями) предопределенной структуры и размера в асинхронном режиме. Таким образом, достигается возможность параллельного выполнения объектов-процессов и распределения их в рамках ресурсного пространства операционной системы, в том числе и в пределах локальной вычислительной сети, что позволяет оптимальным образом использовать аппаратные ресурсы вычислительной системы.

Как уже упоминалось выше, каждая панель управления в системе RTWin реализована как отдельное окно в среде графического интерфейса Photon. При распределении входящих в состав СКУ панелей управления по разным узлам QNX-сети появляется возможность одновременной работы нескольких операторов (пользователей). Более того, Photon позволяет оператору "послать" работающую панель управления на экран другого компьютера.

С помощью RTWin можно создавать СКУ любой сложности. От простейших, содержащих одну панель управления и один-два объекта и работающих на одном компьютере, до сложных многопользовательских систем, состоящих из десятков или даже сотен модулей и работающих в локальной сети из десятков компьютеров.дает возможность гибкого изменения конфигурации созданной СКУ. Под конфигурацией СКУ имеется в виду состав модулей и их распределение по узлам QNX сети.

Используя RTWin, можно создать достаточно сложную СКУ методом поэтапного наращивания выполняемых функций. Можно начать с простого, создать "скелет" системы, а затем постепенно добавлять новые модули. Такой способ очень эффективен, так как при этом на каждом шаге можно запустить систему и произвести отладку. RTWin не накладывает никаких практически ощутимых ограничений по количеству модулей, входов и выходов и т.д. Применение RTWin

Из всего вышесказанного может сложиться впечатление, что RTWin - чисто концептуальная система, не имеющая жизненного применения.

Это далеко не так, на сегодняшний день RTWin имеет десятки применений на предприятиях нашей страны. Показателен опыт Молдавского металлургического завода, на котором СКУ, созданные с использованием RTWin, эксплуатируются уже больше 2 лет (рис. 6). За этот срок пакет RTWin показал высокую надежность эксплуатации даже в жестких условиях металлургического производства. Последний проект на заводе, АРМ известковой печи, в RTWin был создан, отлажен и внедрен всего за 2 недели!

Краткое описание современных SCADA-систем

программный визуализация технологический архивирование

SCADA (аббр. <#"justify">Концепции систем

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 <http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D1%80%D0%BE%D0%B3%D1%80%D0%B0%D0%BC%D0%BC%D0%B8%D1%80%D1%83%D0%B5%D0%BC%D1%8B%D0%B9_%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D0%BA%D0%BE%D0%BD%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BB%D0%BB%D0%B5%D1%80>. 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 уста 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 RTU или на уровне PLC и включает - показания измерительного прибора. Далее данные собираются и форматируются таким способом, чтобы оператор диспетчерской, используя HMI <http://ru.wikipedia.org/wiki/HMI> мог принять контролирующие решения - корректировать или прервать стандартное управление средствами RTU/ПЛК. Данные могут также быть записаны в архив для построения трендов <http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D1%80%D0%B5%D0%BD%D0%B4> и другой аналитической обработки накопленных данных.

Некоторые распространенные SCADA

На мировом рынке представлено более 50 продуктов, которые можно отнести к SCADA-системам, продукты различаются:

vпо требуемой операционной системе, наиболее распространена Windows <http://ru.wikipedia.org/wiki/Windows> (Linux <http://ru.wikipedia.org/wiki/Linux>, Mac OS <http://ru.wikipedia.org/wiki/Mac_OS>встречаются намного реже для данного продукта);

vпо количеству поддерживаемого оборудования, протоколов (почти все SCADA поддерживают Modbus <http://ru.wikipedia.org/wiki/Modbus>, LonWorks <http://ru.wikipedia.org/wiki/LonWorks>, BACnet <http://ru.wikipedia.org/wiki/BACnet>, OPC <http://ru.wikipedia.org/wiki/OPC>, DDE <http://ru.wikipedia.org/wiki/DDE>, реже протоколы специфического оборудования, со своим нестандартным протоколом типа счётчика электрической энергии Меркурий 230ART, климатического контроллера Danfoss ECL-300, приборы фирмы Овен и т. п.);

vпо цене, по соотношению цена/качество, в общем случае на рынке представлены как полностью бесплатные SCADA, недорогие SCADA с ценой лицензии на 60 тегов от $100 (DATARate), так и SCADA ценой порядка $100 тыс., при максимальной комплектации - при количестве тегов более 5000, нескольких АРМ диспетчера (WinCC, InTouch, Citect);

vчастный случай условно-бесплатные SCADA, c ограничением по времени работы без перезапуска (обычно 1 час), или по количеству тегов (обычно 8-50), или по количеству одновременно поддерживаемых протоколов (обычно 1);

vпо наличию и типу ключа аппаратной защиты (программный ключ файл, аппаратный USB- или LPT-ключ, программная «привязка» к оборудованию), среди прочих факторов ключ платной SCADA в любом случае замедляет первоначальное развертывание и замену вышедшего из строя сервера;

vпо наличию прочих функций (поддержка резервирования, генераторы отчетов, удаленный доступ, веб-интерфейс и т. п.).

vПолностью бесплатные SCADA: OpenSCADA, Rapid SCADA, FreeSCADA, scada-ГИНЭС, Inductive Automation Ignition, pvbrowser.

Условно-бесплатные SCADA, достаточные для автоматизации малого технологического процесса и изучения без покупки лицензии, возможность работы в течение неограниченного времени:

vSimp Light Free - ограничение 8 тегов;

vMasterSCADA - ограничения 32 тега для MasterSCADA RT32 без дополнительных возможностей или 1 час полнофункциональной работы для MasterSCADA Demo;

vIGSS - ограничение 50 объектов (ориентировочно 150 тегов) и выбор одного протокола передачи данных (IGSS FREE50), по другому типу лицензии ограниченно время работы без перезапуска на 1 час и 1000 объектов (DEMO Mode);

vКонтар АРМ - поддерживает только контроллеры производства ОАО «МЗТА»;

vIntegraXor свободна для 128 Modbus I/O;

vКаскад <#"justify">Заключение

- программный комплекс для визуализации и диспетчеризации технологических процессов. SCADA-система дает наглядное представление процесса и предоставляет, как правило, графический интерфейс оператору для контроля и управления.

Современные SCADA-системы не ограничивают выбора аппаратуры нижнего уровня, так как предоставляют большой набор драйверов или серверов ввода-вывода и имеют хорошо развитые средства создания собственных программных модулей или драйверов новых устройств нижнего уровня. Сами драйверы разрабатываются с использованием стандартных языков программирования. Вопрос, однако, в том, достаточно ли только спецификаций доступа к ядру системы, поставляемых фирмой-разработчиком в штатном комплекте (система Trace Mode), или для создания драйверов необходимы специальные пакеты (системы FactoryLink, InTouch), или же, вообще, разработку драйвера нужно заказывать у фирмы-разработчика. Многие компании занимаются разработкой драйверов, ActiveX-объектов и другого программного обеспечения для SCADA-систем. Этот факт очень важно оценивать при выборе SCADA-пакета, поскольку это расширяет область применения системы непрофессиональными программистами (нет необходимости разрабатывать программы с использованием языков С или Basic).

Использованная литература

vЛекция SCADA-системы <http://www.google.ru/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=10&ved=0CFkQFjAJ&url=http%3A%2F%2Fwww.insycom.ru%2Fhtml%2Fmetodmat%2FAutomat2011%2FLect6.pdf&ei=_HsPVPOJCOLNygPEiILIBg&usg=AFQjCNFGwCGGk891DcYunNhUnsY0ubZK3A&bvm=bv.74649129,d.bGQ&cad=rjt> Гаврилова А.В. НГТУ, кафедра АППМ. (http://www.google.ru/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=5&ved=0CDMQFjAE&url=http%3A%2F%2Fwww.insycom.ru%2Fhtml%2Fmetodmat%2FAutomat2011%2FLect6.pdf&ei=tn0PVLuHBYr9ygOY8IGIDw&usg=AFQjCNFGwCGGk891DcYunNhUnsY0ubZK3A&bvm=bv.74649129,d.bGQ&cad=rjt)

vКурс лекций Интегрированные системы проектирования и управления ассистент кафедры ИИТ Димаки А.В. (http://www.google.ru/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&ved=0CBwQFjAA&url=http%3A%2F%2Fiit.tusur.ru%2Fdocs%2Fispu.pdf&ei=tn0PVLuHBYr9ygOY8IGIDw&usg=AFQjCNE72ImaYjiSvkBGGTbV0ZLOX3nj0w&bvm=bv.74649129,d.bGQ&cad=rjt)

vЛекция Информационные системы в АСУТП.(http://www.google.ru/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=2&ved=0CCEQFjAB&url=http%3A%2F%2Funiiit.ru%2Fdownload.php%3Fid%3D224&ei=tn0PVLuHBYr9ygOY8IGIDw&usg=AFQjCNGzXYHVMck-LtxLXBvprfjIHonhUg&bvm=bv.74649129,d.bGQ&cad=rjt)

Приложение

Содержание Введение Зарубежные SCADA-системы Отечественные SCADA-системы Краткое описание современных SCADA-систем Заключение Использованн

Больше работ по теме: