Технология SCADA

АННОТАЦИЯ

Цель реферата – отразить основные особенности технологии SCADA и ее роль в современном мире, описать насколько важны сетевые технологии в системах под управление SCADA и как они применяются.

Задачи реферата – изучить, что такое SCADA технология и почему он нашла применения в различных системах управления. Показать наиболее успешные примеры использования технологии. Проанализировать ее основные возможности и характеристики. Проследить связь сетевых технологий сто SCADA системами.

Рассмотрен процесс перехода на SCADA системы, также проиллюстрировано применения таких систем на примерах крупных российских предприятиях. Отражены основные характеристики технологии и то, как сетевые технологии помогают при построение SCADA систем. Сделано заключение о важности организации доступа к данным с помощью сетей предприятия. 

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ 4

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 5

1. АСУ  ТП И ДИСПЕТЧЕРСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ 6

2. АСУ ТП  НА ПРЕДПРИЯТИЯХ 12

2.1 АСУ ТП  в ОАО «Газпром» 12

2.2 АСУ ТП на "ТЭЦ" 13

2.3 АСУ ТП  на ОАО «РЖД» 13

3. ХАРАКТЕРИСТИКИ  SCADA 16

3.1 Технические  характеристики 16

3.2 Эксплуатационные  характеристики 18

3.3 Открытость  систем 18

3.4 Стоимостные  характеристики 19

4. ОБМЕН ДАННЫМИ В SCADA-СИСТЕМАХ 20

4.1 Организация  взаимодействия с контроллерами 20

4.2 Аппаратная  реализация связи с устройствами  ввода/вывода 21

5. ДОСТУП К ДАННЫМ 22

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 23

БИБЛИОГРАФЧЕСКИЙ  СПИСОК 24

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Современная автоматизация  – это и персональные компьютеры, и контроллеры, и промышленные сети, и, конечно же, программное обеспечение. Программное обеспечение SCADA занимает в этом ряду особое место. Не будет преувеличением сказать, что в последнее десятилетие к этому программному продукту было приковано, пожалуй, самое пристальное внимание специалистов в области автоматизации. И тем более странно, что мало кто из них рискнул высказать свое мнение по этому вопросу (за исключением нескольких десятков статей в специализированных журналах). А ведь обобщенная информация о SCADA-системах очень нужна и специалистам на местах, и новому поколению, делающему первые шаги в мире автоматизации.

На сегодняшний день 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. [http://habrahabr.ru/blogs/infosecurity/105375/]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

 

АРМ – автоматизированные рабочие места;

АСУ – автоматизированная система управления;

АСУТП – автоматизированная система управления технологическим  процессом;

АЭС – атомная электростанция;

ГИС – геоинформационные  системы;

ГПЗ – газоперерабатывающий завод;

ГСМ – горюче-смазочные материалы;

ГЭС –гидро-электро станция;

КИПиА - контрольно-измерительные приборы и автоматика;

ОС – операционная система;

ПАЗ – противоаварийная автоматическая защита;

ПК – персональный компьютер;

ПЛК - программируемый логический контроллер; 

ПО – программное обеспечение;

САПР – система автоматического  проектирования;

РЖД – Российские железные дороги;

РСУ – распределенная система управления;

ТЭС – тепло-электро станция;

ТЭЦ – тепло-электро централь;

DDE – dynamic data exchange;

GUI – graphic users interface;

HMI/MMI – humain/man machine interface;

OLE - OLE for process control

SCADA - supervisory control and data acquisition.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. АСУ  ТП И ДИСПЕТЧЕРСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ

Современные АСУ ТП, применяемые  на опасных производствах и предприятиях (химическая, нефтехимическая промышленности, ГЭС, ТЭС, АЭС и т.д.), как правило, состоят из распределенной системы  управления (РСУ) и системы противоаварийной автоматической защиты (ПАЗ).

РСУ представляет собой программно-аппаратный комплекс, состоящий из следующих элементов:

1. Контрольно-измерительные приборы и автоматика (КИПиА) – оборудование с помощью которого выполняется непосредственное наблюдение и управление технологическими процессами (Рис.1). Всевозможные клапаны, отсекатели, электрические задвижки, датчики давления, температуры, уровня, газоанализаторы, насосы, вакуум вытяжки и многие другие устройства относятся к КИПиА. По типу сигналы от КИПиА могут быть аналоговые (4-20мА, 0-5В и т.д.) и дискретные.

 

Рис. 1. Контрольно-измерительные  приборы и автоматика [http://habrahabr.ru/blogs/infosecurity/105375/]

 

2. Программируемый логический контроллер (ПЛК) – «сердце» АСУ ТП, состоит из дублированных источников питания, дублированных процессорных модулей и модулей входов-выходов (Рис.2). К модулям входов-выходов подключаются непосредственно датчики и регулирующее оборудование с поля. В процессорные модули загружена логика автоматического регулирования и защитных блокировок.

Рис.2. Программируемый логический контроллер [http://habrahabr.ru/blogs/infosecurity/105375/]

3. Человеко-машинный интерфейс (ЧМИ), обычно представляет собой персональный компьютер, с установленной на нем ОС Windows (2000/XP) и специфичным программным обеспечением, с помощью которого осуществляется конфигурирование АСУ ТП. Такие компьютеры обычно разделяют на несколько типов: станция оператора, станция инженера, станция инженера КИПиА. Станция инженера позволяет с помощью специализированного ПО изменять конфигурацию, логику выполнения ПЛК. Станции оператора – рабочее место технологов и начальника смены, которое позволяет выполнять мониторинг и регулирование технологического процесса. Станция инженера КИПиА, обладает более прикладными возможностями, обеспечивает контроль и диагностику полевого оборудования.

Рис.3. Человеко-машинный интерфейс  [http://habrahabr.ru/blogs/infosecurity/105375/]

Основная  задача ПАЗ — перевод производства в безопасное состояние, при возникновении каких-либо проблем в работе РСУ (выход технологических процессов за установленные границы, отказ оборудования, нештатные ситуации). Как правило, система ПАЗ получает данные от дублированных датчиков и управляет резервированным оборудованием. У системы ПАЗ нет станций оператора, есть только инженерная станция, с помощью которой выполняется конфигурирование ПЛК системы ПАЗ. Со станций оператора РСУ можно видеть как работает система ПАЗ, но нельзя ей управлять. Конечное оборудование не зависит от оборудования РСУ, к примеру, если на трубопроводе заклинил клапан РСУ, то отработает отсекатель системы ПАЗ.

Особенности АСУ ТП

• При выходе из строя всех станций оператора управления технологическим процессом продолжается, если необходимо, можно добавить условия при которых, отказ всех станций вызывает безопасный останов производства.
• Станции оператора подключены к сети производства, но как правило, не имеют доступа к сети Интернет, не имеют возможности подключать USB-носители, и не имеют дисковода. Так же, часто станция оператора не имеет стандартной компьютерной клавиатуры, а снабжена специализированной клавиатурой, оснащенной только необходимыми функциональными клавишами.
• Станции инженера, как правило выключены, либо находятся в спящем режиме.

 

Диспетчер в многоуровневой автоматизированной системе управления технологическими процессами получает информацию с монитора ЭВМ или с электронной системы отображения информации и воздействует на объекты, находящиеся от него на значительном расстоянии с помощью телекоммуникационных систем, контроллеров, интеллектуальных исполнительных механизмов.

Основой, необходимым условием эффективной реализации диспетчерского управления, имеющего ярко выраженный динамический характер, становится работа с информацией, т. е. процессы сбора, передачи, обработки, отображения, представления информации.

От диспетчера уже требуется  не только профессиональное знание технологического процесса, основ управления им, но и  опыт работы в информационных системах, умение принимать решение (в диалоге с ЭВМ) в нештатных и аварийных ситуациях и многое другое. Диспетчер становится главным действующим лицом в управлении технологическим процессом.

Говоря о диспетчерском  управлении, нельзя не затронуть проблему технологического риска. Технологические  процессы в энергетике, нефтегазовой и ряде других отраслей промышленности являются потенциально опасными и при возникновении аварий приводят к человеческим жертвам, а также к значительному материальному и экологическому ущербу.

Статистика говорит, что  за тридцать лет число учтенных аварий удваивается примерно каждые десять лет. В основе любой аварии за исключением стихийных бедствий лежит ошибка человека.

Одна из причин этой тенденции - старый традиционный подход к построению сложных систем управления, т. е. ориентация на применение новейших технических и технологических достижений и недооценка необходимости построения эффективного человеко-машинного интерфейса, ориентированного на человека (диспетчера).

Таким образом, требование повышения  надежности систем диспетчерского управления является одной из предпосылок появления нового подхода при разработке таких систем: ориентация на оператора/диспетчера и его задачи. Таким подходом стала SCADA-система, принципиально новое решение в управлении технологическим процессом.

Концепция SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition – диспетчерское управление и сбор данных) предопределена всем ходом развития систем управления и результатами научно-технического прогресса. Применение SCADA-технологий позволяет достичь высокого уровня автоматизации в решение задач разработки систем управления, сбора, обработки, передачи, хранения и отображения информации.

Дружественность человеко-машинного  интерфейса (HMI/MMI – Humain/Man Machine Interface) (Рис.4), предоставляемого SCADA-системами, полнота и наглядность представляемой на экране информации, доступность «рычагов» управления, удобство пользования подсказками и справочной системой и т.д. повышают эффективность взаимодействия диспетчера с системой и сводят к минимуму его критические ошибки при управлении.

   Концепция SCADA, основу которой составляет автоматизированная разработка и управление в реальном времени, позволяет решить еще ряд задач, долгое время считавшихся неразрешимыми: сокращение сроков разработки проектов по автоматизации и прямых финансовых затрат на их разработку.

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

SCADA-системы не ограничивают выбора аппаратуры нижнего уровня (контроллеров), так как представляют большой набор драйверов или серверов ввода/вывода и имеют хорошо развитые средства создания собственных программных модулей или драйверов новых устройств нижнего уровня.

Управление технологическими процессами на основе систем SCADA стало осуществляться в передовых западных странах в 80-е годы. Область их 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. Суть способа оперативно-диспетчерского управления заключается в том, что некоторой системой управляет группа специально обученных людей. Каждый специалист из этого персонала следит за отдельным элементом всей системы и изменения в системе должны происходить согласованно. Изменения производятся под руководством главного диспетчера на специальных щитах управления. Применение данного способа требует привлечения большого количества квалифицированных специалистов, а также их безошибочного взаимодействия между собой, т.е. группа диспетчеров должна действовать командно и целостно. Ошибка одного из членов персонал могла бы привести к плохим последствиям. Поэтому появилась необходимость объединить систему в одно целое и отдать ее под управления одного человека. Так появилось принципиально новое решение – SCADA. Переход к управлению на основе SCADA-систем стал осуществляться позднее . К трудностям освоения в России новой информационной технологии – SCADA-систем – относятся как отсутствие эксплуатационного опыта, так и недостаток информации о различных SCADA-системах.

 

Рис.4. HMI/MMI – Humain/Man Machine Interface      [http://habrahabr.ru/blogs/infosecurity/105375/]

В мире насчитываются не один десяток компаний, активно занимающихся разработкой и внедрением SCADA-систем. Наиболее популярныеиз них приведены ниже:

• Intouch (Wonderware) – США;
• Citect (Citect) – Австралия;
• FIX (Intellution) – США;
• Genesis (Iconics Co) – США;
• Factory Link (United States Data Co) – США;
• RealFlex (BJ Software Systems) – США;
• Sitex (Jade Software) – Великобритания;
• Trace Mode (AdAstrA) – Россия;
• Cimplicity (GE Fanuc) – США;
• САРГОН (НВТ-Автоматика) – Россия.