SCADA-системыermak.cs.nstu.ru/neurotech/html/metodmat/Automat2011/Lect6.pdf ·...

SCADA-системы

Лекция 6АХТП

Гаврилов А.В. НГТУ, кафедра АППМ

2

• Под термином SCADA понимаютинструментальную программу дляразработки программного обеспечениясистем управления технологическимипроцессами в реальном времени исбора данных. Реже термин SCADA-система используют для обозначенияпрограммно-аппаратного комплексасбора данных

• Основное назначение –взаимодействие оператора стехнологическим процессом


3

Основные функции

• сбор данных о контролируемомтехнологическом процессе;

• управление технологическим процессом, реализуемое ответственными лицами наоснове собранных данных и правил(критериев), выполнение которыхобеспечивает наибольшую эффективность ибезопасность технологического процесса.


4

SCADA-пакет состоит из трех компонентов:• Среды разработки

– В ней создаются мнемосхемы, определяютсяи привязываются к аппаратным средствамвходные и выходные сигналы и параметры, разрабатываются алгоритмы управления иназначаются права операторов

• Среды исполнения– В ней выполняется разработанное ПО

• Серверов ввода-вывода– ориентированы на использование сразличными промышленными контроллерами


5

Уровни автоматизации.SCADA – 2 и 3 уровни


6

Уровни АСУТП


7

Средний уровень

• сбор информации, поступающей снижнего уровня, ее обработка ихранение;

• выработка управляющих сигналов наоснове анализа информации;

• передача информации опроизводственном участке на болеевысокий уровень.


8

Верхний уровень(уровень управления)

• операторская часть– Визуализация процессов– Диалог оператора с системой– Возможность вмешательства оператора в технологическиепроцессы при необходимости

• система подготовки отчетов– Сохранение и выдача данных о ходе процессов с указаниемвремени, данных об энергетическом и материальномбалансе и т.п.

• система анализа тенденций– Возможность наблюдения за параметрами ипрогнозирования

• Этот уровень реализуется на основе системы SCADA


9

Функции SCADA• Прием информации о контролируемых технологических параметрах от контроллеров

нижних уровней и датчиков.• Сохранение принятой информации в архивах.• Вторичная обработка принятой информации.• Графическое представление хода технологического процесса, а также принятой и

архивной информации в удобной для восприятия форме.• Прием команд оператора и передача их в адрес контроллеров нижних уровней и

исполнительных механизмов.• Регистрация событий, связанных с контролируемым технологическим процессом и

действиями персонала, ответственного за эксплуатацию и обслуживание системы.• Оповещение эксплуатационного и обслуживающего персонала об обнаруженных

аварийных событиях, связанных с контролируемым технологическим процессом ифункционированием программно-аппаратных средств АСУ ТП с регистрациейдействий персонала в аварийных ситуациях.

• Формирование сводок и других отчетных документов на основе архивнойинформации.

• Обмен информацией с автоматизированной системой управления предприятием(или, как ее принято называть сейчас, комплексной информационной системой).

• Непосредственное автоматическое управление технологическим процессом всоответствии с заданными алгоритмами.


10

Распространенные в Россиизарубежные SCADA-системы

• 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)


11

Что такое Genesis32?• Genesis32- это комплект инструментальных средствфирмы ICONICS для создания программногообеспечения верхнего уровня АСУ ТП, которыйоснован на новейшем стандарте взаимодействияаппаратуры и программных средств разныхпроизводителей ОРС.

• ОРС (механизм связывания и внедрения объектовдля сбора и данных и управления в системахпромышленной автоматизации) является наиболееобщим способом организации взаимодействия междуразличными источниками и приемниками данных, такими как устройства, базы данных и системывизуализации информации о контролируемомобъекте автоматизации.


12

Состав• Genesis32-является набором приложений для

Windows 9x и Windows NT, построенных всоответствии со спецификацией ОРС

• В состав Genesis32 также входит средаредактирования сценарных процедур Advanced VBA Scripting , обеспечивающая возможность разработкичасти программного обеспечения средствамиMicrosoft Visual Basic for Applications (VBA).Genesis32 включает в себя следующие приложения, являющиеся клиентами ОРС:– Graph WorX32, – Trend WorXX32, – Alarm WorX32.

• Genesis32 также содержит среду разработкисценарных процедур. Кроме того, в состав пакетавходят сервер системного администрирования исервер фоновой архивации данных.


13

Пример мнемосхемы, созданной с помощью GraphWorX32


14

Основные характеристикиGraphWorX32

• Многопоточное 32 разрядное приложение; • Возможность обмена данными с любыми серверамиОРС;

• Мощные инструменты для создания экранных форми динамических элементов отображения;

• Возможность встраивания элементов управленияActiveX и объектов OLE;

• Динамизация элементов отображения со временемобновления графической информации 50 мс;

• Средства разработки шаблонов экранных форм, содержащих наиболее часто используемые слоиграфических объектов;

• Возможность встраивания графиков TrendWorX32 ижурналов событий и тревог AlarmWorX32;


15

GraphWorX32• Поставляемая библиотека функций обеспечиваетвозможность реализации эффективных алгоритмовобработки событий, связанных с контролируемымпроцессом, а также управления различнымиобъектами посредством методов и свойств OLE Automation. Функциональная последняя возможностьсистемы позволяет наиболее быстрым иэффективным способом обмениваться информациейс программными компонентами автоматизированнойсистемы управления предприятием (АСУП). GraaphWorX32 имеет в своем составе полный наборсредств рисования и анимации, объединенных вобъектно-ориентированную среду разработкитехнологической графики


16

GraphWorX32


17

GraphWorX32• Проект состоит из совокупности экранных форм, каждаяиз которых хранится в отдельном каталоге проекта.

• Разработка экранных форм выполняется с помощьюэлементов рисования графических изображений изметафайлов и файлов растровых изображений, а такжепутем использования обширной библиотеки встроенныхстандартных символов. Каждый элемент отображенияможет быть связан с переменной процесса и показываетее значение или состояние.

• Переключение между окнами экранных форм во времяисполнения проекта с загрузкой соответствующегофайла экранной формы может выполняться путемнажатия командных кнопок, при возникновенииразличных событий в контролируемой прикладнойобласти либо по команде из сценарной процедуры.


18

GraphWorX32


19

GraphWorX32

• Средства установления связи каналовввода –вывода устройств и другихпеременных проекта с элементамиотображения позволяет задавать законпредварительной обработки параметра, представляемый в виде комбинацииарифметических, логических, бинарныхи функциональных преобразований, атак же условных операций.


20

GraphWorX32 содержит библиотеку символов и деловойграфики, которая позволяет значительно улучшить внешнийвид экранных форм и создавать интуитивно понятныемнемосхемы автоматизируемых технологических процессов вкратчайшие сроки


21

TrendWorX32• Представление контролируемых параметров в видеграфиков (трендов) различных типов в реальномрежиме времени;

• Архивирование значений контролируемыхпараметров;

• Вычисление статических характеристик выборокзначений контролируемых параметров;

• Извлечение значений контролируемых параметровиз архивов и представление в виде графиковразличных типов;

• Вывод графики на печатающее устройство.


22

GWF 3.0 – старая версия Genesis32 (1996)


23

SCADA-пакет InTouch(Wonderware, США)

Входит в состав Интегрированногопакета комплексной автоматизацииFactorySuite


24

FactorySuite• InTouch - мощная SCADA-система• InControl - инструментальная система программирования

контроллеров - ПО для управления контроллернымоборудованием и процессами. Поддерживает широкий наборустройств ввода-вывода, двигателей, датчиков и другогопромышленного оборудования через устоявшиеся интерфейсыи открытые промышленные сети

• InTrack - система управления производством. Позволяетнаблюдать и отслеживать в реальном времени незавершенноепроизводство, материально-технические запасы, использованиеоборудования, простои и т.п. Система позволяет определять имоделировать производственные процессы, контролироватьисполнение заказов на продукцию

• InBatch - система гибкого управления процессами дозированияи смешивания. При помощи InBatch пользователи вметаллургической, химической, пищевой промышленностимогут моделировать свои процессы, создавать рецепты, имитировать исполнение рецептов, сопоставляя их с моделью, управлять реальным процессом, пользуясь моделью


25

FactorySuite (2)• InSupport - это программное средство для обнаружения и устранения

неисправностей и ведения технической документации. InSupportпозволяет разрабатывать процедуры нахождения и устранениянеисправностей, которые выдают четкие инструкции по обслуживаниюи ремонту оборудования для операторов и обслуживающеготехнического персонала

• IndustrialSQL Server - реляционная база данных реального временидля внутризаводского применения, является «сердцем»промышленного набора FactorySuite. IndustrialSQL Server собирает ихранит историю о производственном процессе, позволяя работать приэтом с несколькими сотнями устройств ввода-вывода и управления, атакже с множеством узлов InTouch и InControl. Он объединяет этуинформацию с данными о конфигурации, аварийных ситуациях исобытиях, с итоговыми и статистическими данными, с историейрецептов (из InBatch), с данными о ходе производства (от InTrack) и сданными о состоянии оборудования (из InSupport)

• Scout - средство, позволяющее просматривать технологическийпроцесс и данные автоматизированного производства, используяудаленный доступ через сети Internet/Intranet. Может использоватьсяруководителями и менеджерами для просмотра информации излюбой географической точки


26

InTouch• Состоит из

– среды разработки– Среды исполнения– Серверов ввода-вывода

• имеется большое число готовых серверов ввода-вывода - более 600. При необходимостиможно также разработать новый сервер ввода-вывода с помощью инструментальногосредства FactorySuite Toolkit

• InTouch можно использовать как на отдельных машинах, так и враспределенной клиент-серверной архитектуре

• Исполнительная система InTouch поддерживает базу данных текущихзначений процесса. Эти значение могут отражать заданные точки контроляустройств, представляющие параметры физического объекта, или точки, представляющие расчетные значения. Значения параметров собираются иобрабатываются на одном или большем количестве компьютеров, использующих распределенную структуру программного обеспечения. Поддерживаются следующие типы данных:

– переменные ввода-вывода,– вещественные числа,– целые числа,– дискретные числа,– строковые переменные (представляет собой строку символов длиной до 131

символа),– суперпеременные (некоторая структура, определяющая составную переменную;

суперпеременная может содержать до 64 переменных и иметь до 2 уровнейвложенности)


27

Среда разработки InTouch• Динамическая разработка обеспечиваетцентрализованное сопровождение основной копииприложения InTouch с помощью сетевого сервера. Каждый клиентский узел делает локальную копиюразрабатываемого приложения. Это обеспечивает полноерезервирование. Если сервер недоступен, клиентскийузел продолжает работать, используя свою локальнуюкопию приложения. Когда сервер становиться доступным, осуществление связи с ним происходит незаметно дляпользователя или программы.

• Другой возможностью сетевой распределеннойразработки является то, что пользователи могут получатьизменения на клиентских узлах без остановкизапущенного приложения InTouch. Система сигнализируетоператору о доступности изменений в приложении, иоператор может принять их, когда это будет удобно. Приприеме, только изменившиеся компоненты приложениябудут загружены и обновлены на клиентских узлах


28

Среда разработки InTouch (2)• С помощью редактора QuickScript приложения InTouch можно

расширить и настроить в соответствии со спецификацией системы. Скрипты могут быть сконфигурированы для исполнения смногочисленными параметрами, такими как специальные состоянияпроцесса, изменения данных, события приложения, события окна, нажатие на клавиатуре, события ActiveX и другие. Среда QuickScriptтакже поддерживает QuickFunctions, которые позволяютпользователям разработать библиотеку скриптов для дальнейшегоиспользования

• Редактор QuickScript прост в использовании, и при этом позволяетпользователям полностью настраивать поведение приложения. Присоздании скриптов пользователь может использовать кнопки снаиболее часто используемыми выражениями и структурами, такимикак “больше чем”, “меньше чем”, цикл, условные конструкции ("если-то-иначе"). Дополнительные функции, такие как, математические, строковые преобразования и другие, доступны посредством Мастера, который запрашивает необходимые аргументы и проверяеткорректность синтаксиса функций. Встроенный механизм проверкикорректности позволяет пользователям проверять правильностьскриптов перед их развертыванием, тем самым, предотвращаяпоявление ошибок исполнения


29

Среда разработки InTouch (3)InTouch предоставляет набор инструментов для графического отображения

состояния процесса:• объектно-ориентированная графика. Мощные средства объектно-

ориентированного проектирования облегчают рисование, расположение, выравнивание, разделение на слои, размещение в пространстве, вращение, инвертирование, дублирование, вырезание, копирование, вставку, стираниеи многие другие операции. InTouch допускает неограниченное количестводинамических изображений в каждом окне

• анимационные связи. Эти связи обеспечивают возможность «оживления»любых объектов и их комбинаций для создания практически неограниченногонабора мультипликационных характеристик, включая изменения размеров, цвета, перемещений, мигания, изменения уровня и т.д.

• мастер-объекты. InTouch включает в себя обширную библиотеку мастер-объектов (Wizards), то есть предварительно сконфигурированныхвспомогательных средств (таких как переключатели, ползунковыерегуляторы и счетчики), позволяющих быстро создавать прикладныепрограммы для конкретных условий производственного предприятия. Припомощи дополнительного набора инструментальных средств (Extensibility Toolkit) возможно также создать свои собственные мастер-объекты, приспособленные к нуждам отрасли

• ActiveX. InTouch является ActiveX контейнером, что позволяетпользователям InTouch устанавливать элементы управления ActiveXсторонних фирм и использовать их в любом окне приложения без всякогопрограммирования с помощью простой технологии конфигурирования “укажии кликни”


30

Среда разработки InTouch (4)InTouch позволяет организовать взаимодействие с другими

приложениями, используя следующие средства:• стандартный DDE-обмен (Dynamic Data Exchange -

динамический обмен данными. Большинство разработанныхсерверов ввода/вывода поддерживают именно DDE-обмен дляпередачи данных в InTouch-приложение. Обычные приложения, самое популярное из которых Excel, также используют DDE-механизм.

• OLE-технологию (Object Linking and Embedding - включение ивстраивание объектов). Используется для взаимодействия снекоторыми компонентами FactorySuite и другимипользовательскими приложениями.

• ОРС-программы (OLE for Process Control - OLE для управленияпроцессами). ОРС применяется для обмена информацией стехнологическими устройствами типа ПЛК. InTouch 8.0, и вседругие FactorySuite компоненты могут быть OPC клиентом дляработы с любым из OPC серверов


31

• SCADA-система InTouch имеет встроенныемеханизмы интеграции с другимикомпонентами FactorySuite. Эти механизмыиспользуют как указанные стандартныепротоколы, так и собственный, разработанный фирмой Wonderware, протокол SuiteLink. В этом протоколевведена концепция меток времени и качестваинформации, выставляемых серверамиввода-вывода.


32

Отечественные SCADA-системы

• К преимуществам отечественных SCADA-систем можно отнести бОльшуюприспособленность к российским условиям, удобную техническую поддержку и, какправило, низкую стоимость по сравнению сзарубежными аналогами.


33

Отечественные SCADA-системы

• TRACE MODE (AdAstra, Москва))• СКАТ (Центрпрограммсистем, Тверь)• САРГОН (НВТ-Автоматика)• VNS, GARDEN, Vis-a-Vis (ИнСАТ)• VIORD («Фиорд»)• RTWin (SWD - Системы Реального

Времени)• ЗОНД (АСУТП Программа)


34

Технические характеристики

• С точки зрения структуры SCADA-системы можно разделить намодульные и интегрированные, причем это относится как ксистеме в целом, так и к инструментальной системе (т. е. системе разработки АСУ ТП).

• В первом случае все рассматриваемые системы состоят изнабора модулей, предназначенных для различных целей: мониторы реального времени, сетевая поддержка, инструментальная система, коммерческий учет и т. д.

• Если рассматривать только инструментальную систему, то водних пакетах она представляет собой единыйинтегрированный комплекс (как в «Master SCADA», “Trace Mode 6”), а в других — набор самостоятельных средств разработки(как в «Круг-2000», «САРГОН»).


35

Технические характеристики(2)

• Все рассматриваемые системы ориентированы наWindows.

• На нижнем, контроллерном, уровне управлениякаждая система имеет свою специфику.

• AdAstra предлагает «Micro Trace Mode», работающуюпод DOS или Windows.

• Аналогичная ситуация с системой программированияконтроллеров «Master PLC» от «ИнСАТ».

• В рамках системы «Круг-2000» предусмотреноуправление контроллерами под операционнымисистемами QNX, Linux, eCos, что дает большуюсвободу выбора


36

Технические характеристики (3)

• На верхнем уровне управления пока ни однасистема не поддерживает никакихоперационных систем, кроме Windows.

• Хотя некоторые разработчики (в частности«ИнСАТ» заявляют, что при необходимостине возникнет трудностей с переносомсистемы на какую-либо другую платформу.

• Компания AdAstra заявила о поддержкемногоплатформенности в 6-ой версии своейсистемы «Trace Mode»


37


• Стандарт OPC поддерживают все рассматриваемыесистемы, но в большинстве систем все же делаетсяупор на использование собственных драйверов.

• Кроме этого, существуют инструментарии дляразработки OPC-серверов или драйверов.

• В системе «Trace Mode» имеется руководство длясоздания драйверов.

• «Master SCADA», хотя и поддерживаетиспользование драйверов, все же основывается наOPC и имеет инструментарий для разработки OPC-серверов.

• В систему «Круг-2000» тоже входит средство дляразработки драйверов.


38


• К промышленным базам данных предъявляютсяповышенные требования. Особенностями таких базданных является большой объем информации инеобходимость в высокой скорости обмена.

• Практически все SCADA-системы, и в частности всерассматриваемые здесь, используют ANSI SQL синтаксис, который является независимым от типа базыданных.

• Таким образом, приложения виртуально изолированы, что позволяет менять базу данных без серьезногоизменения самой прикладной задачи, создаватьнезависимые программы для анализа информации, использовать уже наработанное программноеобеспечение, ориентированное на обработку данных.


39

Технические характеристики (6)• Функционально средства создания графического интерфейса

SCADA-систем весьма похожи.• Используемая векторная графика дает возможность

осуществлять широкий круг операций над выбраннымобъектом. Объекты могут быть простыми (линии, прямоугольники, текстовые объекты и т. д.) и сложные.

• Все рассматриваемые SCADA-системы включают библиотекистандартных графических символов, сложных графическихобъектов, в каждой из них существует графический объектно-ориентированный редактор с определенным набороманимационных функций.

• В ряде пакетов (таких как «Trace Mode», «Круг-2000») графический редактор является независимой программой, в товремя как в интегрированных системах (как «Master SCADA») мнемосхемы создаются параллельно со всем проектом


40


• Все рассматриваемые системыподдерживают языки функциональныхблоков (FBD), которые реализуют стандартМЭК-1131 и позволяют программироватьалгоритмы, не прибегая к языкампрограммирования высокого уровня.

• В «Trace Mode» помимо языка Техно FBD длясоздания диаграмм функциональных блоковсуществует язык Техно IL, на котором можнозаписывать алгоритмы в видепоследовательности инструкций.


41

Стоимостные характеристики (2004г.)

4300Инструментальная среда на 1024 точки в/в, монитор реального времени на 1024 точкив/в, исполнительный модуль для PC-совместимых контроллеров

Саргон 54

5000Исполнительная среда «Сервер архивной базыданных» на 1000 точек в/в, средапрограммирования IBM PC-совместимыхконтроллеров до 300 точек в/в, модулисреды исполнения для контроллеров

Круг-20003

1000Исполнительная SCADA-система на 1000 точек в/в, исполнительная SoftLogic-система на 250 точек в/в

Master SCADA 2

2

3300Монитор реального времени (МРВ) на 1024 точки в/в, Micro Trace Mode

Trace Mode 51

Приблизительнаястоимость, EUR

Необходимые компонентыНазваниепакета

№ п/п

SCADA-системыermak.cs.nstu.ru/neurotech/html/metodmat/Automat2011/Lect6.pdf ·...

Documents

Transcript of SCADA-системыermak.cs.nstu.ru/neurotech/html/metodmat/Automat2011/Lect6.pdf ·...