Функциональные и технические характеристики scada-систем

Функциональные характеристики SCADA-систем

Основу большинства SCADA-пакетов составляют несколько программных компонентов (база данных реального времени, ввода-вывода, предыстории, аварийных ситуаций) и администраторов (доступа, управления, сообщений).

Эти основные возможности и средства различаются техническими особенностями реализации:

• автоматизированная разработка, дающая возможность создания 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 постобработки (как правило, реализуется через интерфейсы к наиболее популярным базам данных);

• средства обработки первичной информации;

• средства визуализации информации в виде графиков, гистограмм и т.п.

Технология проектирования АСУ ТП на основе SCADA-систем очень похожа:

• Разработка архитектуры АСУ ТП и определение функционального назначения каждого узла.

• Поддержка распределенной архитектуры, введение узлов с «горячим резервированием» и т.п.

• Создание прикладной системы управления для каждого узла, наполнение узлов архитектуры алгоритмами.

Для создания рабочего места оператора необходимо использовать элементы:

• органы управления, например, кнопки, рубильники, ползунковые или поворотные регуляторы;

• экранные формы отображения параметров процесса типа стрелочных, полосковых или цифровых индикаторов, а также сигнализирующие табло различной формы и содержания;

• архивы аварий, событий и поведения переменных процесса во времени (тренды), сохранение параметров процесса через заданные промежутки времени;

• язык для реализации алгоритмов управления, математических и логических вычислений;

• средства документирования как самого алгоритма, так и технологического процесса;

• ядро или монитор реального времени, который обеспечивает заданное поведение системы;

• драйверы к оборудованию нижнего уровня АСУ ТП;

• сетевые функции;

• средства защиты от несанкционированного доступа в систему;

• многооконный графический интерфейс, импорт изображений и создание собственных библиотек алгоритмов, динамических объектов, элементов мнемосхем и т. п.

Последовательность действий, которые нужно выполнить, будет следующая.

Формирование статического изображения рабочего окна

Это может быть фон, заголовки, мнемосхема техпроцесса и т. п. Для этого используют внешние графические редакторы, например Paint Brush, а готовое изображение затем импортируется в пакет SCADA. Хотя некоторые пакеты имеют собственные средства рисования, все они содержат и средства импорта изображений в форматах типа BMP или WMF.

Формирование динамических объектов (ДО) рабочего окна

Динамические объекты создаются при помощи специализированного графического редактора cамого пакета SCADA по жестко заданному алгоритму или на основе набора библиотечных элементов с последующим присвоением параметров. ДО присваивают логическое имя, под которым он будет фигурировать в алгоритме управления. Одновременно задают привязку логического имени ДО к конкретному каналу ввода-вывода. Затем описывают взаимосвязи между логическими именами ДО и алгоритм функционирования системы.

Описание алгоритма отображения и управления

Этот шаг выполняется в разных SCADA-системах по-разному. В простейшем случае при помощи обычного текстового редактора на языке типа BASIC записываются логические и математические формулы с использованием логических имен ДО.

Библиотеки предлагаемых функциональных блоков включают в себя блоки ввода-вывода аналоговых и цифровых сигналов, математических и логических операций, блоки реализации алгоритмов управления типа PID-регуляторов, интеграторов и еще множество самых разнообразных элементарных «кирпичиков» для построения алгоритмов.

Технические характеристики SCADA-систем

Большинство SCADA-систем ориентированона реализацию архитектуры «клиент – сервер» и имеет в своем составе функциональные модули (серверы или клиенты):

• I/O - сервер ввода/вывода. Обеспечивает передачу данных между физическими устройствами ввода/вывода и другими модулями.

• Display – клиент визуализации. Обеспечивает операторский интерфейс: отображение данных, поступающих от других модулей, и управление выполнением команд оператора.

• Alarms – сервер алармов. Отслеживает данные, сравнивает их с допустимыми пределами, проверяет заданные условия и отображает алармы на соответствующем узле визуализации.

• Trends – сервер трендов. Собирает и регистрирует трендовую информацию, позволяя отображать развитие процесса в реальном масштабе времени или в ретроспективе.

• Reports – сервер отчетов. Генерирует отчеты по истечении определенного времени, при возникновении определенного события или по запросу оператора.

• File Server – компьютер с большой емкостью памяти (жесткий диск, лазерные диски) для хранения всей информации локальной сети (сервер базы данных).

Для очень больших систем возможен вариант, в котором каждая задача обслуживается отдельным компьютером (сервер ввода/вывода, сервер тревог, сервер трендов и сервер отчетов), причем клиентами визуализации могут быть несколько компьютеров. Допускается использование нескольких серверов ввода/вывода (I/O Server).

Преимущества использования PC-контроллеров в заключается в их открытости, быстродействии, дешевизне, большем объеме ОЗУ, однородности с компьютерами верхнего уровня, высокой программной надежности, что связано с:

• широкой номенклатурой плат ввода/вывода;

• стандартизованными промышленными протоколами взаимодействия между контроллерами;

• стандартизованными сетевыми средствами и сетевыми протоколами взаимодействия с компьютерами верхнего уровня;

• разнообразными инструментальными средствами для разработки ПО контроллеров.

Распределенные SCADA-системы могут быть реализованы как в локальной сети, так и в сетях Internet/Intranet с помощью архитектуры «клиент – сервер». Web Server поставляет графическую информацию о технологическом процессе. Web-клиенты, реализованные в виде стандартных Internet-браузеров и/или клиентских компонентов SCADA-систем, позволяют просматривать информацию о технологическом процессе в реальном времени. Таким образом, распределенные SCADA-системы обладают свойствами:

• многозадачность и распределенность – модули систем могут быть размещены на различных компьютерах – узлах сети, что дает возможность их параллельного выполнения и позволяет оптимальным образом использовать аппаратные ресурсы вычислительной системы;

• многопользовательский режим – при распределении панелей управления по различным узлам сети появляется возможность одновременной работы нескольких операторов (пользователей);

• масштабируемость – можно создавать системы любой сложности: от простейших, содержащих одну панель управления и один-два объекта и работающих на одном компьютере, до сложных многопользовательских систем, состоящих из десятков модулей;

• конфигурируемость – существует возможность легко изменять состав запускаемых модулей и их распределение по узлам сети;

• наращиваемость – можно создать сложную систему методом поэтапного наращивания выполняемых функций, что позволяет на каждом шаге производить отладку системы.