Применение SCADA-систем

Содержание Введение Современные SCADA — системы

Постановка задачи и цель работы Отечественные ИСПУ Зарубежные ИСПУ Заключение Список использованной литературы

SCADA (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 может являться частью АСУ ТП, АСКУЭ, системы экологического мониторинга, научного эксперимента, автоматизации здания и т. д. SCADA-системы используются во всех отраслях хозяйства, где требуется обеспечивать операторский контроль за технологическими процессами в реальном времени. Данное программное обеспечение устанавливается на компьютеры и, для связи с объектом, использует драйверы ввода-вывода или OPC/DDE серверы. Программный код может быть как написан на языке программирования (например на C++), так и сгенерирован в среде проектирования. Иногда SCADA-системы комплектуются дополнительным ПО для программирования промышленных контроллеров. Такие SCADA-системы называются интегрированными и к ним добавляют термин SoftLogic.

Термин SCADA имеет двоякое толкование. Наиболее широко распространено понимание SCADA как приложения, то есть программного комплекса, обеспечивающего выполнение указанных функций, а также инструментальных средств для разработки этого программного обеспечения. Однако, часто под SCADA-системой подразумевают программно-аппаратный комплекс. Подобное понимание термина SCADA более характерно для раздела телеметрия. Значение термина SCADA претерпело изменения вместе с развитием технологий автоматизации и управления технологическими процессами. В 80-е годы под SCADA-системами чаще понимали программно-аппаратные комплексы сбора данных реального времени. С 90-х годов термин SCADA больше используется для обозначения только программной части человеко-машинного интерфейса АСУ ТП.

Современные SCADA-системы

SCADA системы сейчас, являются неотъемлемой частью современных автоматизированных систем управления процессами или как ее еще называют средой визуализации. Получив широкое распространение в начале 20-го века, сегодня уже трудно себе представить объект автоматизации, на который бы не была установлена SCADA система. Уже практически ушли в историю огромные шкафы с панелями вторичных приборов, на смену им пришли автоматизированные рабочие места (АРМ). Внедрение SCADA систем приводит к существенному удешевлению эксплуатации вторичного оборудования на крупных объектах, путем переноса индикации и накопления технологической информации на пульт диспетчера АРМ.

Не смотря на большое разнообразие SCADA систем на рынке, большинство из них имеет примерно одинаковый набор функциональных возможностей позволяющих выполнять основные требования, предъявляемые к верхнему уровню АСУ ТП. Набор стандартных функций в SCADA системах обусловлен общим кругом задач при разработке систем автоматизации. И одна из важнейших функций SCADA систем — средства защиты от несанкционированного доступа к файлам и компонентам.

Основные компоненты SCADAсистем

SCADA—система обычно содержит следующие подсистемы:

· Драйверы или серверы ввода-вывода — программы, обеспечивающие связь SCADA с промышленными контроллерами, счетчиками, АЦП и другими устройствами ввода-вывода информации.

· Система реального времени — программа, обеспечивающая обработку данных в пределах заданного временного цикла с учетом приоритетов.

· Человеко-машинный интерфейс (HMI, англ. Human Machine Interface) — инструмент, который представляет данные о ходе процесса человеку оператору, что позволяет оператору контролировать процесс и управлять им. Программа-редактор для разработки человеко-машинного интерфейса.

· Система логического управления — программа, обеспечивающая исполнение пользовательских программ (скриптов) логического управления в SCADA-системе. Набор редакторов для их разработки.

· База данных реального времени — программа, обеспечивающая сохранение истории процесса в режиме реального времени.

· Система управления тревогами — программа, обеспечивающая автоматический контроль технологических событий, отнесение их к категории нормальных, предупреждающих или аварийных, а также обработку событий оператором или компьютером.

· Генератор отчетов — программа, обеспечивающая создание пользовательских отчетов о технологических событиях. Набор редакторов для их разработки.

· Внешние интерфейсы — стандартные интерфейсы обмена данными между SCADA и другими приложениями. Обычно OPC, DDE, ODBC, DLL и т. д.

Основные функции SCADA — системы

· Модульная структура — от 128 до 64 000×16 I/O. Количество тегов не ограничено;

· 0.001 с — минимальный цикл системы;

· Открытый формат драйвера для связи с любым УСО;

· Открытость для программирования (Visual Basic, Visual C++ и т. д.);

· Разработка распределенной АСУТП как единого проекта;

· Средства сквозного программирования АСУТП верхнего (АРМ) и нижнего (ПЛК) уровня;

· Встроенные библиотека из более чем 150 алгоритмов обработки данных и управления в т. ч. фильтрация, PID, PDD, нечеткое, адаптивное, позиционное регулирование, ШИМ, управление устройствами (клапан, задвижка, привод и т. д.), статистические функции и произвольные алгоритмы;

· Автоматическое горячее резервирование;

· Поддержка единого сетевого времени;

· Средства программирования контроллеров и АРМ на основе международного стандарта IEC 61 131−3;

· Более 200 типов форм графического отображения информации в т. ч. тренды, мультипликация на основе растровых и векторных изображений, ActiveX;

· Сеть на основе Netbios, NetBEUI, IPX/SPX, TCP/IP;

· Обмен с независимыми приложениями с использованием OPC client/server, DDE/NetDDE client/server, SQL/ODBC, DCOM;

· Автоматическое резервирование архивов и автовосстановление после сбоя;

· Мониторинг и управление через Internet;

· Полностью русифицирована;

· Техническая поддержка на русском языке;

Постановка задачи и цель работы Целью является научиться проектировать СУ, разрабатывать программное обеспечение АСУПТ.

Задачей является научиться работать и интегрированной системе Trace Mode 6, подготовка и генерирование отчетов о ходе технологического процесса, а также логическое управление.

Отечественные ИСПУ На российском рынке существуют различные SCADAсистемы, которые пользуются немалым спросом среди своих зарубежных конкурентов. В отличие от большинства западных SCADA все российские содержат встроенные средства программирования контроллеров с использованием языков стандарта МЭК61 131−3, в том числе языка функциональных блоков. Причем, если сама SCADA рассчитана на работу в среде Windows на PC-совместимых компьютерах, то исполнительная система для контроллеров может работать и на Logix других платформах, например, Linux на процессоре с архитектурой ARM.

Это SCADA — системы:

· TRACE MODE

· САРГОН

· MasterSCADA

· КРУГ — 2000

· Статус — 4

· ЭНТЕК

· КАСКАД

· In Touch

TRACE MODE

TRACE MODE (произносится «Трэмйс момуд» или «Трэмйс момд») — экспериментальный программный комплекс класса SCADA HMI, разработана компанией AdAstra Research Group, Москва в 1992 году. Предназначена для разработки программного обеспечения АСУТП, систем телемеханики, автоматизации зданий, систем учета электроэнергии (АСКУЭ, АИИС КУЭ), воды, газа, тепла, а также для обеспечения их функционирования в реальном времени. Начиная с версии 4.20 (1995) TRACE MODE обладает функциями для программирования промышленных контроллеров.

TRACE MODE состоит из инструментальной системы и из набора исполнительных модулей (рантаймов). В Инструментальной системе создается набор файлов, который называется «проектом TRACE MODE». С помощью исполнительных модулей TRACE MODE проект АСУ запускается на исполнение в реальном времени на рабочем месте диспетчера или оператора.

Особенностью TRACE MODE является «технология единой линии программирования», то есть возможность разработки всех модулей АСУ при помощи одного инструмента. Технология единой линии программирования позволяет в рамках одного проекта создавать средства человеко-машинного интерфейса, системы учета ресурсов, программировать промышленные контроллеры и разрабатывать web-интерфейс. Для этого в инструментальную систему TRACE MODE встроены специализированные редакторы. Среди них:

· Редактор графических мнемосхем;

· Редактор экранных панелей;

· Редактор программ на визуальном языке FBD

· Редактор программ на визуальном языке SFC

· Редактор программ на визуальном языке LD

· Редактор программ на процедурном языке IL

· Редактор шаблонов документов;

· Построитель связей с СУБД;

· Редактор паспортов оборудования (EAM);

· Редактор персонала (HRM);

· Редактор материальных ресурсов (MES);

Исполнительные модули TRACE MODE имеют разные функции в зависимости от их роли в АСУ ТП. Основными исполнительными модулями программы являются:

· Монитор реального времени — МРВ;

· Монитор реального времени + — МРВ+;

· Монитор реального времени + с сервером документирования -;

· Double Force МРВ+ — 2 МРВ+ с горячим резервированием;

· Монитор реального времени+ с поддержкой GSM/GPRS — GSM

· Клиентский модуль NetLink Light;

· Веб-сервер TRACE MODE — TRACE MODE DataCenter;

TRACE MODE состоит из инструментальной системы и исполнительных (run-time) модулей. При помощи инструментальной системы осуществляется разработка АСУ. Исполнительные модули служат для запуска в реальном времени проектов, разработанных в инструментальной системе TRACE MODE.

TRACE MODE 6 создана в архитектуре клиент-сервер и основана на новейшей распределенной общей модели объектов — DCOM, лежащей в основе Windows NT/2000. Поэтому отдельные модули системы легко сопрягаются между собой, а АСУТП на базе TRACE MODE легко поддерживать, развивать и интегрировать в корпоративные информационные системы.

Современная 32-разрядная архитектура TRACE MODE 6 обеспечивает высочайшую производительность системы в реальном времени. Так например, следующие характеристики были замерены на ПК Pentium II 233 в ходе экстремального тестирования:

· Пересчет базы каналов — 320.000 каналов в секунду;

· Скорость записи данных в архив — 100.000 параметров в секунду;

· Скорость передачи данных через сеть Ethernet 10 Mbit — 60.000 параметров в секунду;

· Скорость обновления форм отображения — 4.000 тревог в секунду;

Тесты производительности Микро МРВ — исполнительной системы для РС-контроллеров проведенные на контроллере Micro PC с процессором AMD 133 Mhz показали следующие характеристики программы:

· Пересчет базы каналов — 23.000 каналов в секунду;

Интегрированная среда разработки TRACE MODE

Представляет собой единую программную оболочку, объединяющую все основные компоненты инструментальной системы:

· SOFTLOGIC — систему программирования контроллеров;

· SCADA/HMI — систему разработки распределенной АСУТП;

MES-EAM-HRM — экономические модули, объединенные общим названием T-FACTORY.exe™ — для создания АСУП, полностью интегрированных с АСУТП.

Рисунок 2 — Программная оболочка Trace Mode

В интегрированную среду разработки TRACE MODE 6 встроены более десяти редакторов, автоматически открывающихся при вызове того или иного компонента проекта. Среди них:

· Редактор графических экранных форм;

· Редактор программ на визуальном языке Techno FBD;

· Редактор программ на визуальном языке Techno SFC;

· Редактор программ на визуальном языке Techno LD;

· Редактор программ на процедурном языке Techno ST;

Рисунок 3 — Редакторы Trace Mode

· Редактор программ на процедурном языке Techno IL;

· Редактор шаблонов документов;

· Редактор SQL-запросов;

· Редактор паспортов оборудования (EAM);

· Редактор персонала (HRM);

· Редактор материальных ресурсов (MES);

Кроме того, интегрированная среда разработки TRACE MODE (профессиональной линии) содержит обширные библиотеки готовых компонентов и алгоритмов:

· бесплатные драйверы к более, чем 2490 контроллерам и платам ввода/вывода;

· свыше 1000 графических изображений;

· свыше 600 анимационных объектов;

· более 150 алгоритмов обработки данных и управления.

Рисунок 4 — Готовые алгоритмы Trace Mode

В интегрированной среде разработки TRACE MODE 6 поддерживается технология многопользовательской разработки проекта (для этого требуется приобретение дополнительного сервера групповой разработки и использование инструментальных систем профессиональных линий).

Алгоритмы управления на всех уровнях АСУ программируются на одних и тех же языках стандарта IEC 61 131−3. Связи между компонентами разных уровней, например, между SOFTLOGIC-контроллером и сервером АСУТП или между двумя серверами создаются автоматически с помощью уникальной технологии автопостроения в рамках единого проекта распределенной АСУ, поэтому вычисления могут быть легко перенесены из компьютера в контроллер или наоборот. Все редакторы тесно интегрированы с мощными средствами отладки, благодаря чему достигается максимальный комфорт разработки сложных распределенных АСУТП и АСУП.

In Touch

InTouch — SCADA-система для визуализации и управления технологическими процессами. InTouch — широко известная и распространенная SCADA-система. Одной из многих причин широкой популярности данной системы является удачная реализация человеко-машинного интерфейса (HMI — human machine interface) и его эффективность в отношении функциональность/цена. HMI позволяет контролировать и управлять всеми объектами и системами, используя графические объекты. Он включает:

· отображение параметров для управления сигналами;

· отображение текущих и исторических трендов;

· отображение и регистрацию аварийных сигналов.

InTouch предоставляет набор инструментов для графического отображения состояния процесса. Графические объекты могут быть анимированы с использованием следующих динамических атрибутов: цвет, положение, движение, мигание, вращение, заполнение Зарубежные ИСПУ Существуют много различных зарубежных SCADA — систем. Перечислим и рассмотрим их характеристики наиболее популярных:

· Advantech Studio

· DataRate

· Wiz con

· IFIX

· IGSS

· Winlog

· VIS@

· Zenon

· Cimplicity

· GeniDAQ

IFIX

SCADA система iFIX — это мощный программный пакет для реализации HMI от компании GE Fanuc Automation. Разработка данного решения — дело рук компании Intellution, которая ныне входит в состав GE Fanuc Automation. Серия продуктов FIX (аббревиатура от Fully-Integrated Control System) подходит для интеграции на производство любого масштаба и соединяет в себе все преимущества систем разработанных на UNIX и Windows платформах. SCADA FIX исторически включала в себя следующие компоненты:

· Серию HMI приложений на клиент-серверной архитектуре, реализующих сбор, обработку, архивацию, визуализацию данных, связанных с протеканием технологического процесса.

· VisualBatch — конфигуратор графического интерфейса SCADA систем.

· Web Server Internet — среда графического отображения в реальном времени HMI.

· Broadcast Network Internet — система пересылки данных по технологии push.

· Paradym-31 — LCADA конфигуратор для управления программируемыми логическими контроллерами класса SoftLogic.

· PlantTV — приложение для просмотра данных.

FIX SCADA несет в себе все преимущества более старой серии программных пакетов, однако, строится на компонентно-объектной архитектуре. Среди новых модулей стоит выделить:

· Обновленную серию SCADA/HMI приложений IFIX.

· iBatch — приложение для автоматизации серийных стандартных объектов управления с большой библиотекой стандартных блоков и модулей.

· iWeb Server Internet — специализированный браузер для отображения протекающих процессов в технологическом процессе.

· iWebCast Internet — обновленная система пересылки данных по технологии push.

Zenon

SCADA-система zenon является основным продуктом австрийской компании COPA-DATA GmbH. Разработанная в середине 80-х годов, она была первым комплексным решением графической визуализации для Windows-систем. Благодаря постоянной модернизации, усовершенствованию и внедрению новейших технологий zenon занимает лидирующие позиции на рынке HMI/SCADA-систем. Успех компании COPA-DATA основан на мощи инновационного развития.

Zenon полностью решает все возможные задачи, которые ставятся перед HMI/SCADA-системами. Позволяет осуществлять удобное и наглядное управление, четкое взаимодействие всех инженерных комплексов, автоматическую адаптацию, интеллектуализацию режимов работы подсистем. Базируется на стандартных открытых технологиях и предлагает огромный набор простых в использовании графических функций для построения систем визуализации.

Zenon — единственная HMI/SCADA программа, поддерживающая все операционные системы Microsoft.

Проекты для Windows CE и Windows ME/NT/2000/XP/Vista/7 могут быть созданы с использованием единственного технического инструмента — Редактора (Editor). Данная возможность открывает целый ряд преимуществ:

— для создания новых проектов не требуется проходить дополнительное обучение, поскольку все время используется один и тот же инструмент;

— неограниченные возможности тестирования и моделирования CE-проектов;

— автоматическая конвертация проектов для разных операционных систем.

Наиболее ярко универсальность zenon проявляется благодаря эффективной работе как на 32-битных операционных системах, так и на 64-битных.

Заключение

диспетчерский управление данный база

TRACE MODE — основана на инновационных, не имеющих аналогов технологиях. Среди них: разработка распределенной АСУТП как единого проекта, автопостроение, оригинальные алгоритмы обработки сигналов и управления, объемная векторная графика мнемосхем, единое сетевое время, уникальная технология playback — графического просмотра архивов на рабочих местах руководителей. TRACE MODE — это первая интегрированная SCADAи SOFTLOGIC-система, поддерживающая сквозное программирование операторских станций и контроллеров при помощи единого инструмента.

Система вобрала в себя многие достижения российских высоких технологий как в области программирования, так и в сфере промышленной автоматизации. Некоторые технологии, используемые в TRACE MODE, являются инновационными и не имеют аналогов в других SCADA-системах. Таковы встроенные оригинальные алгоритмы обработки сигналов и управления, объемная векторная графика мнемосхем, единое сетевое время, система структурирования и тиражирования проектов, механизм playback, обеспечивающий графический просмотр архивов на рабочих местах руководителей. TRACE MODE-первая SCADA-система, в которой реализовано сквозное программирование, т. е. возможность решать задачи нижнего и верхнего уровня АСУ при помощи единого инструментария.

Все это позволяет создавать мощные современные распределенные АСУТП, работающие под управлением различных операционных систем, — от старой, испытанной MS-DOS до новейших Windows 95 и Windows NT — и решающие весь комплекс задач приема и обработки данных, организации автоматического управления и регулирования, ведения архивов и генерирования отчетов о ходе технологического процесса.

К настоящему времени в России и за рубежом установлено более 2500 копий TRACE MODE; система имеет сотни внедрений практически во всех отраслях промышленности. АСУТП на ее основе работают в энергетике, металлургии, нефтяной, газовой, химической промышленности, в коммунальном хозяйстве и в других отраслях (см. табл.). По числу внедрений в России TRACE MODE значительно опережает аналогичные зарубежные пакеты.

Системы SCADA уязвимы для хакерских атак.

· 2010 — использование вируса Stuxnet, для атаки на центрифуги для обогащения урана в Иране.

· 2011 — авария в системе водоснабжения в штате Иллинойс в которой ФБР и министерство внутренней безопасности США подозревают хакеров из России.

1. Анзимиров Л. В. SCADA TRACE MODE — Новые технологии для современных АСУТП // Автоматизация в промышленности. 2007. № 4. С. 53−54.

2. Кравченко И. В. Технологии SCADA TRACE MODE 6 Для создания телемеханических систем управления // Автоматизация в промышленности. 2008. № 4. С. 47−48.

3. Арбузов В. В., Лакиза А. М., Войцицкий В. В., Недельчев П. А., Литвиненко И. А. Создание Интегрированной распределенной АСУТП Энергопоставляющей компании с применением системы TRACE MODE // Промышленные АСУ и контроллеры. 2005. № 7. С. 1−7.

4. Анзимиров Л. В. Рынок SCADA-СИСТЕМ России и СНГ В 2006 г. И TRACE MODE // Промышленные АСУ и контроллеры. 2007. № 9. С. 33−34.

5. Анзимиров Л. В. SCADA TRACE MODE — Новые технологии для современных АСУТП // Автоматизация в промышленности. 2007. № 4. С. 53−54.

6. Scada. ru — Публикации — SCADA — системы: взгляд изнутри

7. URL: scada/publication/book/preface.html

8. Кабаев С. В. Пакет программного обеспечения Intouch — система мониторинга и управления в объектах промышленной автоматизации

9. URL: mka/go/?id=40 463&url=www.rtsoft

10. ТРЕЙС МОУД — интегрированная SCADAи softlogic-система для разработки АСУТП // URL: http://adastra.ru/ru/tm/tm5/

11. Кузнецов А. Genesis for Windows — графическая scada-система для разработки АСУ ТП. // Современные технологии автоматизации.- 1997. № 3.