Программное обеспечение систем управления

• Существует целый ряд задач управления, не перекрываемых ни классом АСУП, ни классом АСУТП. Частично эти задачи не перекрываются из-за отсутствия возможностей программного обеспечения этих уровней системы управления. Среди них находятся и задачи, решение которых может оказать решающее влияние на эффективность предприятия в целом: диспетчеризация производства, оперативное планирование, управление качеством продукции и многие другие.

    Наличие базы данных реального времени масштаба предприятия – это только лишь предпосылка для их решения (необходимое, но недостаточное условие). Ряд разработчиков  инструментальных систем предлагают использовать с этой целью специальный тип программных продуктов. Это могут быть небольшие системы, предназначенные для решения отдельных типовых задач, например, системы расчета и согласования материальных балансов. Появился ряд интегрированных систем, поддерживающих, наряду с функциями хранения и представления информации, решение задач расчета тепловых и материальных балансов, планирования, оптимизации и т.п. К наиболее известным программным продуктам этого класса ПО относятся InfoPlus компании Aspen Tech, «Калькулятор качества» фирмы ПЕТРОКОМ, PI System (Plant Information System) компании OSIsoft.

    Современное развитие информационных технологий (ИТ) создало предпосылки для успешной интеграции всех уровней управления многоуровневой системы и создания интегрированной информационной системы предприятия.

    2. Общая характеристика  программного обеспечения  SCADA

    2.1. Основные функции  SCADA-систем

    Программное обеспечение типа SCADA предназначено для разработки и эксплуатации автоматизированных систем управления технологическими процессами. Резонно задать вопрос: а что же все-таки первично – разработка или эксплуатация? И ответ в данном случае однозначен – первичным является эффективный человеко-машинный интерфейс (HMI), ориентированный на пользователя, т. е. на оперативный персонал, роль которого в управлении является определяющей. SCADA – это новый подход к проблемам человеческого фактора в системах управления (сверху вниз), ориентация в первую очередь на человека (оператора/диспетчера), его задачи и реализуемые им функции.

    Такой подход позволил минимизировать участие  операторов/диспетчеров в управлении процессом, но оставил за ними право  принятия решения в особых  ситуациях.

    А что дала SCADA-система разработчикам? С появлением SCADA они получили в руки эффективный инструмент для проектирования систем управления, к преимуществам которого можно отнести:

• высокую степень автоматизации процесса разработки системы

управления;

• участие в разработке специалистов в области автоматизируемых

     процессов (программирование без  программирования);

• реальное сокращение временных, а, следовательно, и финансовых

     затрат на разработку систем  управления.

    Прежде, чем говорить о функциональных возможностях ПО SCADA, предлагается взглянуть на функциональные обязанности самих операторов/диспетчеров. Каковы же эти обязанности? Следует сразу отметить, что функциональные обязанности операторов/диспетчеров конкретных технологических процессов и производств могут быть существенно разными, да и сами понятия «оператор» и «диспетчер» далеко не равнозначны. Тем не менее, среди многообразия этих обязанностей оказалось возможным найти общие, присущие данной категории работников:

• регистрация значений основных технологических и хозрасчетных

   параметров;

• анализ полученных данных и их сопоставление со сменно-суточными

   заданиями и календарными планами;

• учет и регистрация причин нарушений хода технологического

   процесса;

• ведение журналов, составление оперативных рапортов, отчетов

   и других документов;

• предоставление данных о ходе технологического процесса и

   состоянии оборудования в вышестоящие службы и т. д.

    Раньше  в операторной (диспетчерской) находился  щит управления (отсюда - щитовая). Для  установок и технологических  процессов с несколькими сотнями  параметров контроля и регулирования  длина щита могла достигать нескольких десятков метров, а количество приборов на них измерялось многими десятками, а иногда и сотнями. Среди этих приборов были и показывающие (шкала и указатель), и самопишущие (кроме шкалы и указателя еще и диаграммная бумага с пером), и сигнализирующие. В определенное время оператор, обходя щит, записывал  показания приборов в журнал. Так решалась задача сбора и регистрации информации.

    В приборах, обслуживающих регулируемые параметры, имелись устройства для  настройки задания регулятору и  для перехода с автоматического режима управления на ручное (дистанционное). Здесь же, рядом с приборами, находились многочисленные кнопки, тумблеры и рубильники для включения и отключения различного технологического оборудования. Таким образом решались задачи дистанционного управления технологическими параметрами и оборудованием.

    Над щитом управления (как правило, на стене) находилась мнемосхема технологического процесса с изображенными на ней  технологическими аппаратами, материальными  потоками и многочисленными лампами сигнализации зеленого, желтого и красного (аварийного) цвета. Эти лампы начинали мигать при возникновении нештатной ситуации. В особо опасных ситуациях предусматривалась возможность подачи звукового сигнала (сирена) для быстрого предупреждения всего оперативного персонала. Так решались задачи, связанные с сигнализацией нарушений технологического регламента (отклонений текущих значений технологических параметров от заданных, отказа оборудования).

    С появлением в операторной/диспетчерской  компьютеров было естественным часть функций, связанных со сбором, регистрацией, обработкой и отображением информации, определением нештатных (аварийных) ситуаций, ведением документации, отчетов, переложить на компьютеры. Еще во времена первых управляющих вычислительных машин с монохромными алфавитно-цифровыми дисплеями на этих дисплеях усилиями энтузиастов-разработчиков уже создавались «псевдографические» изображения - прообраз современной графики. Уже тогда системы обеспечивали сбор, обработку, отображение информации, ввод команд и данных оператором, архивирование и протоколирование хода процесса.

    Хотелось  бы отметить, что с появлением современных  программно-технических средств  автоматизации, рабочих станций  операторов/диспетчеров, функционирующих  на базе программного обеспечения SCADA, щиты управления и настенные мнемосхемы не канули безвозвратно в лету. Там, где это продиктовано целесообразностью, щиты и пульты управления остаются, но становятся более компактными.

    Появление УВМ, а затем и персональных компьютеров  вовлекло в процесс создания операторского интерфейса программистов. Они хорошо владеют компьютером, языками программирования и способны писать сложные программы. Для этого программисту нужен лишь алгоритм (формализованная схема решения задачи). Но беда в том, что программист, как правило, не владеет технологией, не «понимает» технологического процесса. Поэтому для разработки алгоритмов надо было привлекать специалистов-технологов, например, инженеров по автоматизации.

    Выход из этой ситуации был найден в создании методов «программирования без реального программирования», доступных для понимания не только программисту, но и инженеру-технологу. В результате появились программные пакеты для создания интерфейса «человек-машина» (Man/Humain Machine Interface, MMI/HMI). За рубежом это программное обеспечение получило название SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition – супервизорное/диспетчерское управление и сбор данных), так как предназначалось для разработки и функциональной поддержки АРМов операторов/диспетчеров в АСУТП. А в середине 90-х аббревиатура SCADA (СКАДА) уверенно появилась и в лексиконе российских специалистов по автоматизации.

    Оказалось, что большинство задач, стоящих  перед создателями программного обеспечения верхнего уровня АСУ  ТП различных отраслей промышленности, достаточно легко поддается унификации, потому что  функции оператора/диспетчера практически любого производства достаточно унифицированы и легко поддаются формализации.

    Таким образом, базовый набор функций SCADA-систем предопределен ролью этого программного обеспечения в системах управления (HMI) 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 информационной системой предприятия

    (с вышестоящими службами);

• отображение параметров технологического процесса и состояния

    оборудования  с помощью мнемосхем, таблиц, графиков и т.п. в удобной

    для восприятия форме;

• оповещение эксплуатационного персонала об аварийных ситуациях 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);

• вторичная обработка информации;
• формирование сводок и других отчетных документов по созданным на

    этапе проектирования шаблонам.

    К интерфейсу, созданному на базе программного обеспечения SCADA, предъявляется несколько фундаментальных требований:

• он должен быть интуитивно понятен и удобен для

         оператора/диспетчера;

• единичная ошибка оператора не должна вызывать выдачу

         ложной команды управления на  объект.

    2.2. Архитектурное построение  SCADA-систем

    На  начальном этапе развития (80-е  годы) каждый производитель микропроцессорных систем управления разрабатывал свою собственную SCADA-программу. Такие программы могли взаимодействовать только с узким кругом контроллеров, и по всем параметрам были закрытыми (отсутствие набора драйверов для работы с устройствами различных производителей и средств их создания, отсутствие стандартных механизмов взаимодействия с другими программными продуктами и т. д.).

    C появлением концепции открытых  систем (начало 90-х) программные средства  для операторских станций становятся самостоятельным продуктом.

• Одной из первых задач, поставленных перед разработчиками SCADA, стала задача организации многопользовательских систем управления, то есть систем, способных поддерживать достаточно большое количество АРМ пользователей (клиентов). В результате появилась клиент - серверная технология или архитектура.

     Клиент - серверная  архитектура характеризуется наличием двух взаимодействующих самостоятельных  процессов - клиента и сервера, которые, в общем случае, могут выполняться  на разных компьютерах, обмениваясь  данными по сети. По такой схеме  могут быть построены системы управления технологическими процессами, системы обработки данных на основе СУБД и т. п.

                                                    Рис. 2.1. Клиент-серверная архитектура.