Data-acquisitie en operationele controlesystemen (SCADA-systemen)

Eind jaren tachtig verscheen de term Supervisory Control and Data Acquisition System of SCADA-systeem. XX eeuw. gelijktijdig met de eerste pogingen om personal computers met daarop geïnstalleerde grafische applicaties te gebruiken als operatorconsoles.

De eerste SCADA-systemen werden ontwikkeld voor DOS- of Unix-besturingssystemen en hadden eerder bescheiden mogelijkheden, zowel vanwege de hardwarebeperkingen van de hardware als de grafische mogelijkheden van de besturingssystemen. SCADA-systemen werden wijdverbreid gelijktijdig met het verschijnen van grafische interfaces, zoals Windows 3.11, X-Windows, Phantom en hardware waarmee u de noodzakelijke snelheid van uitvoering van processen in multitasking-modi kunt bereiken.

De reden voor de opkomst van SCADA-systemen als tools voor softwareontwikkeling op het hoogste niveau is vergelijkbaar met de redenen voor de opkomst van systemen zoals Borland Delphi en andere visuele programmeersystemen.Hun belangrijkste taak is om softwareontwikkelaars te ontlasten van de routinematige en zelfs nutteloze last van het beschrijven van standaardinterfaces en -functies. Tegelijkertijd moet worden begrepen dat het gebruik van SCADA-systemen geen vermindering van de vereisten voor de kwalificatie van de ontwikkelaar inhoudt, zoals ze zich proberen voor te stellen.

Onderscheid de systemen MMI (mens-machine-interface) En SCADA, omdat ze zich allebei met succes onafhankelijk van elkaar ontwikkelden en verschillende niches in de apparaatmarkt bezetten HMI (mens-machine-interface).

MMI-systemen zijn eigenlijk lokale bedieningspanelen voor individuele apparaten of technologische installaties, uitgerust met alfanumerieke schermen en toetsenborden of grafische, meestal aanraakschermen.

In de meeste gevallen wordt het MMI-apparaat geïmplementeerd met behulp van een speciale controller en het softwaregedeelte impliceert geen aanvullende aanpassingen of wijzigingen.

Tegelijkertijd omvatten SCADA-systemen het gebruik van standaard personal computers en besturingssystemen, worden ze gebruikt om het proces van het beheer van grote technologische processen te automatiseren, waarbij een groot aantal uitvoerende apparaten en technologische eenheden betrokken zijn, en ondersteunen ze ook de mogelijkheid van implementatie van gedistribueerde applicaties (met behulp van meerdere operatorconsoles) …

Het is onmogelijk om een ​​duidelijke lijn te trekken tussen MMI- en SCADA-systemen vanwege het bestaan ​​van end-to-end programmeersystemen waarin vaak geen onderscheid wordt gemaakt tussen softwareontwikkeltools voor verschillende niveaus van het besturingssysteem.

Het ontbreken van een enkele standaard die het doel en de functionele samenstelling van SCADA-systemen beschrijft en de verschillende interpretaties van de term "SCADA" zelf bemoeilijken de classificatie en vergelijking van systemen van deze klasse.

De volgende hoofdgroepen van SCADA-systemen kunnen worden onderscheiden:

• SCADA-systemen ontwikkeld door controllerfabrikanten;

• SCADA-systemen ontwikkeld door onafhankelijke fabrikanten;

• SCADA-systemen zijn componenten van end-to-end programmeersystemen.

De taak van de fabrikant van controllerapparatuur bij het ontwikkelen van zijn eigen SCADA-systeem is om de eindgebruiker een hulpmiddel te bieden voor het ontwikkelen van visualisatietoepassingen met behulp van controllers van die fabrikant.

De volgende hoofdkenmerken van dergelijke systemen kunnen worden onderscheiden:

• de interface van deze systemen herhaalt de interface van schrijfmiddelen voor de controllerapparatuur;

• SCADA-systeemcomponenten zijn geoptimaliseerd om te werken met gegevens die zijn ontvangen van besturingsapparatuur van een specifieke fabrikant;

• Interfaces voor gegevensuitwisseling met apparatuur van andere fabrikanten zijn slecht geïmplementeerd of moeilijk te gebruiken.

Een klassiek voorbeeld van zo'n systeem is Siemens WinCC… Het gebruik van dergelijke propriëtaire systemen minimaliseert enerzijds de kosten van het opleiden van softwareontwikkelingsspecialisten, maar anderzijds bindt het zowel de ontwikkelaar als de eindgebruiker van het systeem strikt aan een specifieke fabrikant of zelfs aan een specifieke uitrustingslijn van één fabrikant.

Daarnaast zag een aantal fabrikanten van besturingsapparatuur zich genoodzaakt om voor marketingdoeleinden hun eigen SCADA-systemen te ontwikkelen zonder hun softwareproducten te voorzien van het vereiste niveau van ondersteuning en onderhoud.

SCADA-systemen van derden zijn de meest flexibele tools voor het creëren van procesvisualisatie en besturingsapplicaties. Hun voordelen zijn onder meer de ondersteuning van een groot aantal functies voor het creëren van gedecentraliseerde en gedistribueerde besturingssystemen, evenals de mogelijkheid om apparatuur van verschillende, inclusief concurrerende, fabrikanten in één systeem te integreren.

Om gegevens uit te wisselen met uitvoerende apparatuur, maken dergelijke systemen gebruik van software-I/O-servers die DDE- of OPC-interfaces implementeren. De verspreiding van dergelijke SCADA-systemen en de noodzaak om te voldoen aan standaarden voor automatiseringstools, hebben ertoe geleid dat alle ontwikkelaars van controllerapparatuur hun eigen OPC- of DDE-softwareservers, die compleet met uitrusting of op bestelling worden geleverd.

Aangezien het end-to-end programmeersysteem de ontwikkeling van bedienposten als integraal onderdeel van het besturingssysteem omvat, bevat het altijd afzonderlijke componenten van het SCADA-systeem. Aangezien het gehele systeem echter als één geheel functioneert, kunnen deze componenten ook componenten zijn van andere modules van het end-to-end programmeersysteem, of is het onmogelijk om het SCADA-systeem in zijn pure vorm te scheiden in een softwareproduct.

Dergelijke systemen hebben dezelfde voor- en nadelen als SCADA-systemen die zijn ontwikkeld door controllerfabrikanten, rekening houdend met twee belangrijke verschillen:

• SCADA-systemen, die een integraal onderdeel zijn van end-to-end programmeersystemen, hebben praktisch geen interoperabiliteit met software en hardware van andere fabrikanten;

• de rol van het SCADA-systeem in dergelijke toepassingen beperkt zich tot de ontwikkeling van een grafische interface.

Samenstelling en structuur van SCADA-systemen

Samenstelling en structuur van SCADA-systemen

SCADA-systemen bestaan ​​doorgaans uit twee afzonderlijke sets softwareproducten: een ontwikkelomgeving en een uitvoeringsomgeving.

Ontwikkelomgeving wordt de set genoemd waarmee de omgeving voor visualisatie van het technologische proces wordt ontworpen en geconfigureerd.

Omgeving tijdens het werk — dit is een set softwareproducten die nodig zijn voor het werk aan het project van het programma voor de visualisatie van het technologische proces in het operatorstation.

Afzonderlijk moet de kwestie van de interactie tussen de ontwikkelomgeving en de runtime-omgeving tijdens het werken met hetzelfde project van de ontwikkelaar en de operator worden overwogen:

1. Wijzigingen aangebracht door de ontwikkelaar worden onmiddellijk van kracht.

2. De looptijd weerspiegelt de aangebrachte wijzigingen zoals gevonden in de projectbroncode.

3. Wijzigingen worden tijdens runtime weerspiegeld bij opnieuw opstarten of forceren.

De implementatie van het eerste type interactie maakt het mogelijk om de mogelijkheden van het product heel duidelijk en effectief te demonstreren in commerciële presentaties, en daarom wordt het soms geïmplementeerd in de uiteindelijke softwareproducten. Bij het werken met echte projecten bestaat er echter een potentieel gevaar dat een deel van de grafische interface of dynamische verplaatsing van besturingselementen wordt gemist. In dit opzicht zijn het tweede en derde type interactie of hun combinatie het meest wijdverbreid.

De volgende hoofdonderdelen van het SCADA-systeem kunnen worden onderscheiden:

• labelbasis;

• grafische weergavemodule;

• scriptverwerker;

• alarm- en waarschuwingssysteem;

• module voor het archiveren van technologische procesparameters.

SCADA-systeemtag Is een object voor het opslaan van de waarde van een technologische procesparameter en zijn eigenschappen. Labels worden soms ten onrechte "variabelen" genoemd. Tegelijkertijd komt het concept van een label het dichtst in de buurt van de definitie van een klasse in objectgeoriënteerde programmeertalen.

De grafische weergavemodule implementeert de grafische interface van het project. Een grafische interface is in de regel een set schermformulieren waarop grafische elementen zijn geplaatst. De taak van het maken van een scherm is beperkt tot het plaatsen van grafische elementen op schermvormen en het instellen van hun eigenschappen.

Tijdens het oproepen, weergeven en sluiten van schermformulieren, bij het klikken op grafische objecten, het wijzigen van eigenschappen of waarden van individuele tags, is het noodzakelijk om berekeningen of acties uit te voeren waarvoor er script-engine… Scripts worden in sommige systemen ook wel “macro’s” of “scripts” genoemd.

De meeste SCADA-systeemscripts die de grafische interface van geautomatiseerde operatorwerkstations implementeren, zijn muisklik-handlers op grafische elementen.

Voor scripts bieden SCADA-systemen van verschillende fabrikanten een of meer talen aan. Systemen ontwikkeld door controllerfabrikanten of als onderdeel van end-to-end programmeersystemen bieden meestal dezelfde programmeertalen voor scripting als voor schrijven controller-software… SCADA-systemen van derden bieden vaak gespecialiseerde macroscripttalen.

Door algemene programmeertalen te gebruiken, kunt u complexe gebruikersinterfaces en niet-standaardmethoden voor het werken met gegevens implementeren door toegang te krijgen tot extra bibliotheken en API's.

Tegelijkertijd moet de ontwikkelaar in ieder geval functiebibliotheken bestuderen voor het werken met SCADA-systeemcomponenten, op dezelfde manier als macrotalen worden bestudeerd, en de geïmplementeerde code kan potentieel gevaarlijk zijn of fouten erven van functies van derden bibliotheken.

Alarmsysteem is bedoeld om de operator te informeren over de waarde van de procesparameter buiten de toegestane grenzen. In de regel kunnen voor elke technologische parameter 2 soorten instellingen worden ingesteld op basis waarvan de melding verschijnt: respectievelijk nood- en waarschuwingsinstellingen.

Afhankelijk van de mogelijkheden van het systeem worden deze instellingen ingesteld op basis van een of meer criteria:

• Buiten bereik. In dit geval zijn er: bovenste en onderste waarschuwingswaarden en bovenste en onderste alarmwaarden.

• Een afwijking van de nominale waarde van een bepaalde waarde. Verdeel de minimaal en maximaal toegestane afwijkingen van de ingestelde waarde.

• Instellen van de maximaal toegestane wijzigingssnelheid van de procesparameterwaarde. Waarden van toegestane bereikinstellingen worden gespecificeerd in absolute eenheden, en afwijking van nominaal en veranderingssnelheid kan zowel in absolute eenheden als als een percentage van de huidige of instelwaarde worden gespecificeerd.

Doordat voor één technologisch proces het aantal parameters waarvoor nood- en waarschuwingssetpoints worden ingesteld groot kan zijn, is het in SCADA-systemen mogelijk om de technologisch gestuurde parameters in groepen te combineren, evenals het prioriteitsniveau voor elk willekeurig proces in te stellen. setpunt.

De hoofdtaak back-up module — de mogelijkheid bieden om gedurende een relatief korte periode grafieken van technologische parameters (Trends) op het beeldscherm weer te geven, evenals het bouwen van eenvoudige rapporten.De module voor het archiveren van de waarden van het SCADA-systeem moet de volgende functies bieden:

• archiveren van waarden in een lokale database met een bepaalde frequentie of verandering;

• bij het archiveren van waarden bij wijziging — mogelijkheid om dode zone in te stellen voor archivering;

• stel een lokale limiet voor de databasegrootte in;

• instellen van de tijd om waarden op te slaan;

• routinematig onderhoud uitvoeren om verouderde of vroegste waarden te verwijderen wanneer de opslagtijd of databasegrootte in automatische modus wordt overschreden;

• beschikbaarheid van een interface om grafieken van archiefwaarden te maken en te bekijken;

• beschikbaarheid van een systeem voor het exporteren van parameterwaarden voor de opgegeven periode in de vorm van een waardentabel.