Диспетчерское управление и сбор данных (SCADA Supervisory Control And Data Acquisition) является основным и в настоящее время остается наиболее перспективным методом автоматизированного управления сложными динамическими системами (процессами) в жизненно важных и критичных с точки зрения безопасности и надежности областях. Именно на принципах диспетчерского управления строятся крупные автоматизированные системы в промышленности, энергетике, на транспорте, в космической и военной областях, в различных государственных структурах.
SCADA — это 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, 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. Данное программное обеспечение устанавливается на компьютеры и, для связи с объектом, использует драйверы ввода-вывода. Программный код может быть как написан на языке программирования (например на C++), так и сгенерирован в среде проектирования.
Основными характеристиками SCADA-систем являются:
программно-аппаратные платформы, на которых реализована система;
имеющиеся средства сетевой поддержки. Предпочтительно, чтобы SCADA-система поддерживала работу в стандартных сетевых средах с использованием стандартных протоколов, а также обеспечивала поддержку наиболее популярных сетевых стандартов из класса промышленных интерфейсов;
встроенные командные языки. Большинство SCADA-систем имеют встроенные языки высокого уровня, VBasic-подобные языки.
графические возможности. Для специалиста-разработчика системы автоматизации, так же как и для специалиста-технолога, чье рабочее место создается, очень важен графический пользовательский интерфейс.
В силу требований, предъявляемых к системам SCADA, спектр их функциональных возможностей определен и реализован практически во всех пакетах. Основные возможности и средства, присущие всем системам и различающиеся техническими особенностями реализации:
автоматизированная разработка, дающая возможность создания программного обеспечения (ПО);
системы автоматизации без реального программирования;
средства сбора первичной информации от устройств нижнего уровня;
средства управления и регистрации сигналов об аварийных ситуациях;
средства хранения информации с возможностью ее пост-обработки (как правило, реализуется через интерфейсы к наиболее популярным базам данных);
средства обработки первичной информации;
средства визуализации представления информации в виде графиков, гистограмм и т. п.;
возможность работы прикладной системы с наборами параметров, рассматриваемых как единое целое.
К основным задачам, решаемым SCADA-системами относятся:
обмен данными с устройствами связи с объектом, то есть с промышленными контроллерами и платами ввода/вывода в реальном времени через драйверы;
отображение информации на экране монитора в понятной для человека форме;
ведение базы данных реального времени с технологической информацией;
аварийная сигнализация и управление тревожными сообщениями;
подготовка и генерирование отчетов о ходе технологического процесса;
осуществление сетевого взаимодействия между SCADA и ПК;
обеспечение связи с внешними приложениями (СУБД, электронные таблицы, текстовые процессоры и т. д.).
На рис. 1 представлена обобщенная структура SCADA-системы.
Система включает в себя:
Remote Terminal Unit (RTU) — удаленный терминал, осуществляющий управление в режиме реального времени. Спектр его воплощений 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;
Master Terminal Unit (MTU) — диспетчерский пункт управления (главный терминал); осуществляющий обработку данных и управление высокого уровня, как правило, в режиме квазиреального времени; одна из основных функций — обеспечение интерфейса между человеком-оператором и системой (HMI, MMI);
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 (или удаленный объект в зависимости от конкретного исполнения системы).
Рис. 1. Обобщенная структура SCADA-системы
SCADA-системы, как правило, двухуровневые системы, на этих уровнях реализуется непосредственное управление технологическими процессами. Специфика каждой конкретной системы управления определяется используемой на каждом уровне программно-аппаратной платформой. На рис. 2 представлена уровневая структура SCADA-системы.
Рис. 2. Уровневая структура SCADA-системы
Нижний уровень — уровень объекта (контроллерный) — включает датчики для сбора информации о ходе технологического процесса, электроприводы и исполнительные механизмы для реализации регулирующих и управляющих воздействий. Датчики поставляют информацию локальным программируемым логическим контроллерам (PLC — Programming Logical Controoller), которые выполняют следующие функции:
сбор и обработка информации о параметрах технологического процесса;
управление электроприводами и другими исполнительными механизмами;
решение задач автоматического логического управления и др.
К аппаратно-программным средствам контроллерного уровня управления предъявляются жесткие требования по надежности, времени реакции на исполнительные устройства, датчики и т. д. Разработка, отладка и исполнение программ управления локальными контроллерами осуществляется с помощью специализированного программного обеспечения.
Информация с локальных контроллеров может направляться в сеть диспетчерского пункта непосредственно, а также через контроллеры верхнего уровня.
Верхний уровень — диспетчерский пункт (ДП) — включает, прежде всего, одну или несколько станций управления, представляющих собой автоматизированное рабочее место (АРМ) диспетчера/оператора. Здесь же может быть размещен сервер базы данных, рабочие места (компьютеры) для специалистов и т. д.
SCADA TRACE MODE — первая отечественная интегрированная информационная система управления промышленным производством, предназначена для автоматизации технологических процессов, телемеханики, диспетчеризации, учета ресурсов.
TRACE MODE работает под Windows и Linux, используется более чем в 30 странах мира, в 40 отраслях промышленности, в том числе в энергетике.
В состав комплекса TRACE MODE входят два вида интегрированной среды разработки — локальная (ИС) и клиентская (КС). Единая программная оболочка содержит необходимые инструменты для разработки проекта. Разработанные файлы после отладки размещаются на аппаратных средствах. Система содержит информацию о конструктивном исполнении контроллеров, плат расширения, внешних модулях. Предусмотрены средства математической обработки данных, архивирование, генерация сообщений и документов. Система объединяет в единой оболочке навигатор и набор редакторов.
На рис. 3 представлен вариант отображения сигналов в программе TRACE MODE.
Рис. 3. Отображение сигналов в программе TRACE MODE
Существует опыт применения автоматизированных систем контроля технологического процесса на базе SCADA TRACE MODE, например, в доменном цехе ОАО «СЕВЕРСТАЛЬ» — система контроля охлаждения доменной печи и блока воздухонагревателей.
Таким образом, применение SCADA-систем позволяет обеспечивать высокую отказоустойчивость АСУ ТП, гибкое распределение вычислительных ресурсов, безопасность данных.
Литература:
- Андреев Е. Б. SCADA-системы: взгляд изнутри / Е. Б. Андреев, Н. А. Куцевич (www.scada.ru).
- Матвейкин В. Г., Фролов С. В., Шехтман М. Б. Применение SCADA-систем при автоматизации технологических процессов / В. Г. Матвейкин, С. В. Фролов, М. Б. Шехтман М. Б. — М: Машиностроение, 2000.
