Технология и процессы построения SCADA-систем

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего  профессионального образования

«Сибирская  государственная автомобильно-дорожная академия

(СибАДИ)» 

Факультет  Информационные системы в управлении

Специальность Автоматизированные системы обработки информации и

                  управления

Кафедра  Компьютерные информационные автоматизированные      системы    
 

Пояснительная записка

к курсовому  проекту (работе) 

по дисциплине:  Информационные технологии 

Название работы:  Технология и процессы построения SCADA-систем 
 
 
 

Выполнили: студенты гр. АС-09И1

Танский М.Ю., Швидкий А.В.

Проверил  преподаватель

Жильцов В.В. 
 
 
 
 

Омск  2012

1. ВВЕДЕНИЕ

       Современная АСУТП (автоматизированная система  управления технологическим процессом) представляет собой многоуровневую человеко-машинную систему управления. Создание АСУ сложными технологическими процессами осуществляется с использованием автоматических информационных систем сбора данных и вычислительных комплексов, которые постоянно совершенствуются по мере эволюции технических средств  и программного обеспечения.

       SCADA (аббр. от англ. Supervisory Control And Data Acquisition, Диспетчерское управление и сбор данных) — программный пакет, предназначенный для разработки или обеспечения работы в реальном времени систем сбора, обработки, отображения и архивирования информации об объекте мониторинга или управления. SCADA-системы используются во всех отраслях производства, где требуется обеспечивать операторский контроль за технологическими процессами в реальном времени.

       Концепция SCАDA предопределена всем ходом развития систем управления и результатами научно-технического прогресса. Применение SCADA-технологий позволяет достичь высокого уровня автоматизации в решении задач разработки систем управления, сбора, обработки, передачи, хранения и отображения информации.

       Дружественность человеко-машинного интерфейса (HMI/MMI), предоставляемого SCADA - системами, полнота  и наглядность представляемой на экране информации, доступность "рычагов" управления, удобство пользования подсказками  и справочной системой и т. д. - повышает эффективность взаимодействия диспетчера с системой и сводит к нулю его  критические ошибки при управлении.

       В настоящее время SCADA является основным и наиболее перспективным методом  автоматизированного управления сложными динамическими системами (процессами).

       Управление  технологическими процессами на основе систем SCADA стало осуществляться в  передовых западных странах в 80-е  годы. Область применения охватывает сложные объекты электро- и водоснабжения, химические, нефтехимические и нефтеперерабатывающие  производства, железнодорожный транспорт, транспорт нефти и газа и др.

       В России диспетчерское управление технологическими процессами опиралось, главным образом, на опыт оперативно-диспетчерского персонала. Поэтому переход к управлению на основе SCADA-систем стал осуществляться несколько позднее. К трудностям освоения в России новой информационной технологии, какой являются SCADA-системы, относится как отсутствие эксплуатационного  опыта, так и недостаток информации о различных SCADA-системах. В мире насчитывается не один десяток компаний, активно занимающихся разработкой  и внедрением SCADA-систем. Каждая SCADA-система - это "know-how" компании и поэтому  данные о той или иной системе  не столь обширны. Сравнение нескольких SCADA-систем представлено в табл.1. 

       Табл.1. Сравнение некоторых SCADA-систем

Название	InTouch	TraceMode	Softlogic S3
Разработчик	Wonderware (США)	AdAstrA (Россия)	АО "Системы реального  времени - Украина" (RTS-Ukraine)
ОС	Microsoft Windows XP	Microsoft Windows XP	MS Windows, Linux, Solaris, MacOS
Состав	InTouch Development, InTouch Runtime, InTouch Read-Only	Cистема программирования контроллеров; система разработки распределенной АСУТП; среда разработки TM6.
Отчеты	Есть	Есть	Генерация отчетных форм

 
 
 

Тревоги	Отображение распределенных алармов (сигналов тревог и событий)	Система управления тревогами МРВ, приоритеты тревог	Полноценная система  сигнализации быстрого реагирования
Механизмы обмена	OPC, DDE	OPC	OPC
Требования	400Mhz Pentium II, 256 Мб RAM, 2 Gb disk	Pentium IV, 512Mb, 1.5Gb disk	-
Масштабируемость	от 1 до 1 млн. вв. - выв	до 64000 точек	Подходит для  больших распределенных систем с  тысячами параметров
Языки	Многоязыковая поддержка	Многоязыковая поддержка	Русский
Помощь	Полноценная помощь на русском	Полноценная помощь на разных языках	Русский
Симуляция	Да, посредством  расчетов скриптами и программами.	Да, на процедурном  языке Techno IL	Есть
Мнемосхемы	Улучшенная графическая  библиотека Symbol Factory и новая библиотека графических символов SmartSymbols	Свыше 1000 графических  изображений; свыше 600 анимационных объектов	S3 имеет мощный  графический построитель, позволяющий  создавать удобные мнемосхемы  для ввода и отображения переменных
Скрипты	Сценарии QuickScripts	Алгоритмы управления на языках стандарта IEC 61131-3	Встроенные языки IEC-61131
Тренды	Есть	Тренды реального  времени и исторические тренды неограниченной глубины	Да
Веб-сервер	Есть	Есть	Web HMI

 
 

Базы данных	MS SQL Server 2000/2005 или MSDE 2000	ODBC	MySQL, файловая база данных, ODBC
Цена	~2000$	1024 точек  / 31744 руб., 64точки / 8160 руб.
Драйвера	Большой выбор серверов ввода - вывода для сотен наиболее популярных устройств контроля, включая  ПЛК ведущих мировых производителей	2407 устройств (ABB, AB..), CAN, Profibus, FieldBus, ModBus и др.	Modbus, ADAM-40xx, PCI платы ввода- вывода, любые другие под заказ
Резервирование	-	Резервированные АСУТП  и системы телемеханики	Функциональные  блоки горячего резервирования

2. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА SCADA-СИСТЕМ

1. Состав  и функции SCADA-систем

       Многие  проекты автоматизированных систем контроля и управления (СКУ) для большого спектра областей применения позволяют  выделить обобщенную схему их реализации, представленную на рис. 1. 

     

     Рис. 1. Обобщенная схема системы контроля и управления 

       Как правило, это двухуровневые системы, так как именно на этих уровнях  реализуется непосредственное управление технологическими процессами. Специфика  каждой конкретной системы управления определяется используемой на каждом уровне программно - аппаратной платформой.

       Нижний  уровень - уровень объекта (контроллерный) - включает различные 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 могут выполнять  следующие функции: 

• сбор и  обработка информации о параметрах технологического процесса;
• управление электроприводами и другими исполнительными механизмами;
• решение задач автоматического логического управления и др.

       Так как информация в контроллерах предварительно обрабатывается и частично используется на месте, существенно снижаются  требования к пропускной способности  каналов связи.

       В качестве локальных PLC в системах контроля и управления различными технологическими процессами в настоящее время  применяются контроллеры как  отечественных производителей, так  и зарубежных. На рынке представлены многие десятки и даже сотни типов  контроллеров, способных обрабатывать от нескольких переменных до нескольких сот переменных.

       Информация  с локальных контроллеров может  направляться в сеть диспетчерского пункта непосредственно, а также  через контроллеры верхнего уровня (см. рис.). В зависимости от поставленной задачи контроллеры верхнего уровня (концентраторы, интеллектуальные или  коммуникационные контроллеры) реализуют  различные функции. Некоторые из них перечислены ниже:

• сбор данных с локальных контроллеров;
• обработка данных, включая масштабирование;
• поддержание единого времени в системе;
• синхронизация работы подсистем;
• организация архивов по выбранным параметрам;
• обмен информацией между локальными контроллерами и верхним уровнем;
• работа в автономном режиме при нарушениях связи с верхним уровнем;
• резервирование каналов передачи данных и др.

       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. Часто  в качестве рабочих станций используются ПЭВМ типа IBM PC различных конфигураций. Станции управления предназначены  для отображения хода технологического процесса и оперативного управления.

       Рассматривая  обобщенную структуру систем управления, следует ввести и еще одно понятие - Micro-SCADA.

       Micro-SCADA - это системы, реализующие стандартные  (базовые) функции, присущие SCADA - системам верхнего уровня, но  ориентированные на решение задач  автоматизации в определенной  отрасли (узкоспециализированные). В противоположность им SCADA - системы  верхнего уровня являются универсальными.

       Большой объем информации, непрерывно поступающий  с устройств ввода/вывода систем управления, предопределяет наличие в таких системах баз данных (БД). Основная задача баз данных - своевременно обеспечить пользователя всех уровней управления требуемой информацией.

       Все компоненты системы управления объединены между собой каналами связи. Обеспечение  взаимодействия SCADA - систем с локальными контроллерами, контроллерами верхнего уровня, офисными и промышленными  сетями возложено на так называемое коммуникационное ПО. Это достаточно широкий класс программного обеспечения, выбор которого для конкретной системы  управления определяется многими факторами, в том числе и типом применяемых  контроллеров, и используемой SCADA - системой. Более подробная информация о  коммуникационном ПО приведена в разделе 2.7.

       Что касается набора функций SCADA-систем, то он предоставлен их ролью в системах управления и реализован практически во всех пакетах. Это:

• сбор информации с устройств нижнего уровня (датчиков, контроллеров);
• прием и передача команд оператора/диспетчера на контроллеры и исполнительные устройства (дистанционное управление объектами);
• сетевое взаимодействие с информационными системами предприятия (с вышестоящими службами);
• отображение параметров технологического процесса и состояния оборудования с помощью мнемосхемы, таблиц, графиков и т.п. в удобной для восприятия форме;
• оповещение эксплуатационного персонала об аварийных ситуаций и событиях, связанных с контролируемым технологическим процессом и функционированием программно – аппаратных средств АСУ ТП с регистрацией действий персонала в аварийных ситуациях;
• хранение полученной информации в архивах;
• представление текущих и накопленных (архивных) данных в виде графиков (тренды);
• формирование сводок и других отчетных документов по созданным на этапе проектирования шаблонам.