SCADA системы

SCADA системы

Министерство Общего и Профессионального Образования Российской Федерации

Ивановский Государственный Энергетический Университет

Кафедра Электроники и Микропроцессорных систем

по курсу: «Системы контроля и визуализации» на тему:

«SCADA-системы»

Выполнил студент гр. 1-34M

Шмаргун А.Н.

Проверил:

Анисимов А. А.

Иваново 2003

Содержание:

Введение 2

АСУ ТП и диспетчерское управление 2

Компоненты систем контроля и управления и их назначение 4

Разработка прикладного программного обеспечения СКУ: выбор пути и

инструментария 7

Технические характеристики 8

Открытость систем 9

Стоимостные характеристики 10

Эксплуатационные характеристики 10

Графический интерфейс 11

Графические средства InTouch 11

Окна в InTouch 11

Объекты и их свойства 13

Организация взаимодействия с контроллерами 16

Аппаратная реализация связи с устройствами ввода/вывода 17

Серверы ввода/вывода в InTouch 18

Поддерживаемые коммуникационные протоколы 18

Особенности адресации в InTouch 20

Обмен данными с другими приложениями 21

Определение имени доступа в словаре переменных InTouch 22

Тренды в SCADA - системах 25

Тренды в InTouch 25

Архивирование (регистрация) значений переменной 26

Отображение трендов 26

Изменение параметров архивных трендов в режиме исполнения 29

Система распределенных архивов 29

Встроенные языки программирования 30

Скрипты в InTouch 31

Типы скриптов 31

Встроенные функции 32

Функции Quick Functions 36

Разработка графопостроителя в системе InTouch 37

Разработка DDE-сервера 37

Разработка DDE - клиента 39

Список литературы 41

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.

АСУ ТП и диспетчерское управление

Непрерывную во времени картину развития АСУТП можно разделить на три этапа,

обусловленные появлением качественно новых научных идей и технических

средств. В ходе истории меняется характер объектов и методов управления,

средств автоматизации и других компонентов, составляющих содержание

современной системы управления.

. Первый этап отражает внедрение систем автоматического регулирования

(САР). Объектами управления на этом этапе являются отдельные

параметры, установки, агрегаты; решение задач стабилизации,

программного управления, слежения переходит от человека к САР. У

человека появляются функции расчета задания и параметры настройки

регуляторов.

. Второй этап - автоматизация технологических процессов. Объектом

управления становится рассредоточенная в пространстве система; с

помощью систем автоматического управления (САУ) реализуются все более

сложные законы управления, решаются задачи оптимального и адаптивного

управления, проводится идентификация объекта и состояний системы.

Характерной особенностью этого этапа является внедрение систем

телемеханики в управление технологическими процессами. Человек все

больше отдаляется от объекта управления, между объектом и диспетчером

выстраивается целый ряд измерительных систем, исполнительных

механизмов, средств телемеханики, мнемосхем и других средств

отображения информации (СОИ).

. Третий этап - автоматизированные системы управления технологическими

процессами - характеризуется внедрением в управление технологическими

процессами вычислительной техники. Вначале - применение

микропроцессоров, использование на отдельных фазах управления

вычислительных систем; затем активное развитие человеко-машинных

систем управления, инженерной психологии, методов и моделей

исследования операций и, наконец, диспетчерское управление на основе

использования автоматических информационных систем сбора данных и

современных вычислительных комплексов.

От этапа к этапу менялись и функции человека (оператора/диспетчера),

призванного обеспечить регламентное функционирование технологического

процесса. Расширяется круг задач, решаемых на уровне управления;

ограниченный прямой необходимостью управления технологическим процессом

набор задач пополняется качественно новыми задачами, ранее имеющими

вспомогательный характер или относящиеся к другому уровню управления.

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.

В результате анализа большинства аварий и происшествий на всех видах

транспорта, в промышленности и энергетике были получены интересные данные.

В 60 - х годах ошибка человека была первоначальной причиной аварий лишь в

20% случаев, тогда как к концу 80-х доля "человеческого фактора" стала

приближаться к 80 %.

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.

Концепция SCАDA (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 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.

Следует отметить, что концепция SCADA, основу которой составляет

автоматизированная разработка систем управления, позволяет решить еще ряд

задач, долгое время считавшихся неразрешимыми: сократить сроки разработки

проектов по автоматизации и прямые финансовые затраты на их разработку.

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.

Большое значение при внедрении современных систем диспетчерского управления

имеет решение следующих задач:

. выбора SCADA-системы (исходя из требований и особенностей

технологического процесса);

. кадрового сопровождения.

Выбор SCADA-системы представляет собой достаточно трудную задачу,

аналогичную принятию решений в условиях многокритериальности, усложненную

невозможностью количественной оценки ряда критериев из-за недостатка

информации.

Подготовка специалистов по разработке и эксплуатации систем управления на

базе программного обеспечения SCADA осуществляется на специализированных

курсах различных фирм, курсах повышения квалификации. В настоящее время в

учебные планы ряда технических университетов начали вводиться дисциплины,

связанные с изучением SCADA-систем. Однако специальная литература по SCADA-

системам отсутствует; имеются лишь отдельные статьи и рекламные проспекты.

Компоненты систем контроля и управления и их назначение

Многие проекты автоматизированных систем контроля и управления (СКУ) для

боль-шого спектра областей применения позволяют выделить обобщенную схему

их реализации, представленную на рис.1.

|[pic] |

|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:

o сбор и обработка информации о параметрах технологического

процесса;

o управление электроприводами и другими исполнительными

механизмами;

o 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.

К аппаратно-программным средствам контроллерного уровня управления

предъявляются жесткие требования по надежности, времени реакции на

исполнительные устройства, датчики и т.д. Программируемые логические

контроллеры должны гарантированно откликаться на внешние события,

поступающие от объекта, за время, определенное для каждого события.

Для критичных с этой точки зрения объектов рекомендуется использовать

контроллеры с операционными системами реального времени (ОСРВ). Контроллеры

под управлением ОСРВ функционируют в режиме жесткого реального времени.

Разработка, отладка и исполнение про-грамм управления локальными

контроллерами осуществляется с помощью специализированного программного

обеспечения, широко представленного на рынке.

К этому классу инструментального ПО относятся пакеты типа ISaGRAF (CJ

International France), InConrol (Wonderware, USA), Paradym 31 (Intellution,

USA), имеющие открытую архитектуру.

. 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:

o сбор данных с локальных контроллеров;

o обработка данных, включая масштабирование;

o поддержание единого времени в системе;

o синхронизация работы подсистем;

o организация архивов по выбранным параметрам;

o обмен информацией между локальными контроллерами и верхним

уровнем;

o работа в автономном режиме при нарушениях связи с верхним

уровнем;

o 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. Эти задачи и призваны решать SCADA

- системы. SCADА - это специализированное программное обеспечение,

ориентированное на обеспечение интерфейса между диспетчером и системой

управления, а также коммуникацию с внешним миром.

Спектр функциональных возможностей определен самой ролью SCADA в системах

управления и реализован практически во всех пакетах:

o автоматизированная разработка, дающая возможность создания ПО

системы автоматизации без реального программирования;

o средства исполнения прикладных программ;

o сбор первичной информации от устройств нижнего уровня;

o обработка первичной информации;

o регистрация алармов и исторических данных;

o хранение информации с возможностью ее пост-обработки (как

правило, реализуется через интерфейсы к наиболее популярным

базам данных);

o визуализация информации в виде мнемосхем, графиков и т.п.;

o возможность работы прикладной системы с наборами параметров,

рассматриваемых как "единое целое" ("recipe" или "установки").

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.

. 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 главе 2.

. 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.

Но если на верхних уровнях АСУ эта задача решена с помощью

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6