Datainsamling och operativa kontrollsystem (SCADA-system)

Termen Supervisory Control and Data Acquisition System eller SCADA-system dök upp i slutet av 1980-talet. XX-talet. samtidigt med de första försöken att använda persondatorer med grafiska applikationer installerade på dem som operatörskonsoler.

De första SCADA-systemen utvecklades för DOS- eller Unix-operativsystem och hade ganska blygsamma möjligheter, både på grund av hårdvarans hårdvarubegränsningar och operativsystemens grafiska möjligheter. SCADA-system blev utbredda samtidigt med uppkomsten av grafiska gränssnitt, såsom Windows 3.11, X-Windows, Phantom och hårdvara som gör att du kan uppnå den nödvändiga hastigheten för exekvering av processer i multitasking-lägen.

Anledningen till uppkomsten av SCADA-system som verktyg för mjukvaruutveckling på toppnivå liknar orsakerna till uppkomsten av system som Borland Delphi och andra visuella programmeringssystem.Deras huvudsakliga uppgift är att befria mjukvaruutvecklare från den rutinmässiga och faktiskt värdelösa bördan att beskriva standardgränssnitt och funktioner. Samtidigt bör det förstås att användningen av SCADA-system inte innebär en minskning av kraven på utvecklarens kvalifikationer, som de försöker föreställa sig.

Särskilja systemen MMI (Man Machine Interface) och SCADA, eftersom de båda framgångsrikt utvecklats oberoende av varandra och ockuperar olika nischer på enhetsmarknaden HMI (Human Machine Interface).

MMI-system är faktiskt lokala kontrollpaneler för enskilda enheter eller tekniska installationer, utrustade med alfanumeriska skärmar och tangentbord eller grafik, vanligtvis pekskärmar.

I de flesta fall implementeras MMI-enheten med en speciell styrenhet, och dess mjukvarudel innebär inga ytterligare modifieringar eller ändringar.

Samtidigt inkluderar SCADA-system användningen av vanliga persondatorer och operativsystem, används för att automatisera processen att hantera stora tekniska processer, i vilka ett stort antal verkställande enheter och tekniska enheter är involverade, och stöder även möjligheten att implementera distribuerade applikationer (med flera operatörskonsoler) ...

Det är omöjligt att dra en tydlig gräns mellan MMI- och SCADA-system på grund av existensen av end-to-end programmeringssystem där det ofta inte finns någon skillnad mellan mjukvaruutvecklingsverktyg för olika nivåer av styrsystemet.

Avsaknaden av en enda standard som beskriver syftet och den funktionella sammansättningen av SCADA-system och skillnaden i tolkningar av termen "SCADA" i sig komplicerar klassificeringen och jämförelsen av system av denna klass.

Följande huvudgrupper av SCADA-system kan särskiljas:

• SCADA-system utvecklade av styrenhetstillverkare;

• SCADA-system utvecklade av oberoende tillverkare;

• SCADA-system är komponenter i end-to-end programmeringssystem.

Styrutrustningstillverkarens uppgift i att utveckla sitt eget SCADA-system är att förse slutanvändaren med ett verktyg för att utveckla visualiseringsapplikationer med hjälp av styrenheter från den tillverkaren.

Följande huvudegenskaper hos sådana system kan särskiljas:

• gränssnittet för dessa system upprepar gränssnittet för medel för att skriva programvara för styrutrustningen;

• SCADA-systemkomponenter är optimerade för att fungera med data som tas emot från styrutrustning från en specifik tillverkare;

• Gränssnitt för datautbyte med utrustning från andra tillverkare är dåligt implementerade eller svåra att använda.

Ett klassiskt exempel på ett sådant system är Siemens WinCC… Användningen av sådana proprietära system minimerar å ena sidan kostnaderna för att utbilda specialister inom mjukvaruutveckling, men å andra sidan binder det både utvecklaren och slutanvändaren av systemet till en specifik tillverkare eller till och med en specifik linje av utrustning från en tillverkare.

Dessutom tvingades ett antal tillverkare av kontrollutrustning utveckla sina egna SCADA-system för marknadsföringsändamål utan att förse sina mjukvaruprodukter med den nivå av support och underhåll som krävs.

Tredjeparts SCADA-system är de mest flexibla verktygen för att skapa processvisualisering och kontrollapplikationer. Deras fördelar inkluderar stöd för ett stort antal funktioner för att skapa decentraliserade och distribuerade styrsystem, samt möjligheten att integrera utrustning från olika, inklusive konkurrerande, tillverkare i ett system.

För att utbyta data med verkställande utrustning använder sådana system mjukvaru-I/O-servrar som implementerar DDE- eller OPC-gränssnitt. Spridningen av sådana SCADA-system, såväl som behovet av att följa standarder för automationsverktyg, ledde till att alla utvecklare av styrutrustning har sina egna OPC- eller DDE-programvaruservrar, som levereras komplett med utrustning eller på beställning.

Eftersom det heltäckande programmeringssystemet inkluderar utvecklingen av operatörsstationer som en integrerad del av styrsystemet, innehåller det alltid separata komponenter i SCADA-systemet. Men eftersom hela systemet fungerar som en helhet, kan dessa komponenter också vara komponenter i andra moduler i end-to-end programmeringssystemet, eller så kan det vara omöjligt att separera SCADA-systemet i dess rena form till en mjukvaruprodukt.

Sådana system har samma fördelar och nackdelar som SCADA-system som utvecklats av styrenhetstillverkare, med hänsyn till två huvudsakliga skillnader:

• SCADA-system, som är en integrerad del av end-to-end programmeringssystem, har praktiskt taget ingen interoperabilitet med mjukvara och hårdvara från andra tillverkare;

• SCADA-systemets roll i sådana applikationer är begränsad till utvecklingen av ett grafiskt gränssnitt.

Sammansättning och struktur av SCADA-system

Sammansättning och struktur av SCADA-system

Vanligtvis består SCADA-system av två separata uppsättningar mjukvaruprodukter: en utvecklingsmiljö och en exekveringsmiljö.

Utvecklingsmiljö kallas den uppsättning med vilken miljön för visualisering av den tekniska processen designas och konfigureras.

Miljö under arbetet — detta är en uppsättning mjukvaruprodukter som är nödvändiga för arbetet med programmets projekt för visualisering av den tekniska processen i operatörsstationen.

Separat bör frågan om interaktionen mellan utvecklingsmiljön och körtidsmiljön under arbete med samma projekt av utvecklaren och operatören övervägas:

1. Ändringar som görs av utvecklaren träder i kraft omedelbart.

2. Körtiden återspeglar de ändringar som gjorts i projektets källkod.

3. Ändringar återspeglas vid körning vid omstart eller tvång.

Implementeringen av den första typen av interaktion gör det möjligt att demonstrera produktens kapacitet ganska tydligt och effektivt i kommersiella presentationer, och därför implementeras det ibland i de slutliga mjukvaruprodukterna. Men när man arbetar med riktiga projekt finns det en potentiell risk för att man missar en del av det grafiska gränssnittet eller dynamiska kontroller. I detta avseende är den andra och tredje typen av interaktion eller deras kombination de mest utbredda.

Följande huvuddelar av SCADA-systemet kan särskiljas:

• taggbas;

• grafisk displaymodul;

• skriptprocessor;

• larm och varningssystem;

• modul för arkivering av tekniska processparametrar.

SCADA System Tag Är ett objekt för att lagra värdet av en teknisk processparameter och dess egenskaper. Etiketter kallas ibland felaktigt för "variabler". Samtidigt ligger begreppet etikett närmast definitionen av en klass i objektorienterade programmeringsspråk.

Den grafiska displaymodulen implementerar projektets grafiska gränssnitt. Som regel är ett grafiskt gränssnitt en uppsättning skärmformulär med grafiska element placerade på dem. Uppgiften att skapa en skärm reduceras till att placera grafiska element på skärmformer och ställa in deras egenskaper.

I processen att anropa, visa och stänga skärmformulär, när du klickar på grafiska objekt, ändrar egenskaper eller värden för individuella taggar, är det nödvändigt att utföra beräkningar eller åtgärder för vilka det finns skriptmotor… Skript kallas också för "makron" eller "skript" i vissa system.

De flesta SCADA-systemskript som implementerar det grafiska gränssnittet för automatiserade operatörsarbetsstationer är musklickshanterare på grafiska element.

För skript erbjuder SCADA-system från olika tillverkare ett eller flera språk. System utvecklade av kontrollertillverkare eller som en del av end-to-end programmeringssystem erbjuder vanligtvis samma programmeringsspråk för skript som för skrivning kontrollprogramvara… Tredjeparts SCADA-system erbjuder ofta specialiserade makroskriptspråk.

Genom att använda generella programmeringsspråk kan du implementera komplexa användargränssnitt och icke-standardiserade metoder för att arbeta med data genom att få tillgång till ytterligare bibliotek och API:er.

Samtidigt måste utvecklaren i alla fall studera funktionsbibliotek för att arbeta med SCADA-systemkomponenter, på samma sätt som makrospråk studeras, och den implementerade koden kan vara potentiellt farlig eller ärva fel från tredjepartsfunktioner bibliotek.

Larmsystem är avsett att meddela operatören värdet på processparametern utanför de tillåtna gränserna. Som regel, för varje teknisk parameter, kan 2 typer av inställningar ställas in enligt vilka meddelandet kommer att visas: respektive nöd- och varningsinställningar.

Beroende på systemets kapacitet ställs dessa inställningar in enligt ett eller flera kriterier:

• Utom räckhåll. I det här fallet finns det: övre och nedre varningsvärden och övre och nedre larmvärden.

• En avvikelse från det nominella värdet av något värde. Fördela minsta och största tillåtna avvikelser från inställt värde.

• Inställning av den maximalt tillåtna förändringshastigheten för processparametervärdet. Värden för tillåtna områdesinställningar anges i absoluta enheter, och avvikelse från nominell och ändringshastighet kan anges både i absoluta enheter och som en procentandel av aktuellt värde eller börvärde.

På grund av att för en teknisk process kan antalet parametrar för vilka nöd- och varningsbörvärden är inställda vara stort, är det i SCADA-system möjligt att kombinera de tekniskt styrda parametrarna i grupper, samt att ställa in prioritetsnivån för ev. börvärde.

Huvuduppgiften backup-modul — tillhandahålla möjligheten att visa grafer över tekniska parametrar (trender) på monitorskärmen under en relativt kort period, samt att bygga enkla rapporter. Modulen för arkivering av SCADA-systemets värden bör tillhandahålla följande funktioner:

• arkivera värden i en lokal databas med en viss frekvens eller förändring;

• vid arkivering av värden vid förändring — möjlighet att ställa in dödzon för arkivering;

• ställ in en lokal databasstorleksgräns;

• ställa in tiden för att lagra värden;

• utföra rutinunderhåll för att ta bort föråldrade eller tidigaste värden när lagringstid eller databasstorlek överskrids i automatiskt läge;

• tillgång till ett gränssnitt för att bygga grafer över arkivvärden och visa dem;

• tillgänglighet av ett system för att exportera parametervärden för den angivna perioden i form av en värdetabell.