Перспективы и опыт внедрения SCADA систем в технологических процессах металлообработки и машиностроения

Многие проекты автоматизированных систем контроля и управления для большого спектра областей применения позволяют выделить обобщенную схему их реализации, представленную на рис. 1.

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.

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.

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.

Существуют два типа управления удалёнными объектами в SCADA: автоматическое и инициируемое человеком.

Выделяют четыре основных функциональных компонента систем диспетчерского управления и сбора данных (см. рис.2) — человек оператор, компьютер взаимодействия с человеком, компьютер взаимодействия с задачей (объектом), задача (объект управления).

Рис. 2 Структурные основные компоненты SCADA-систем

Процесс SCADA применятся в системах, в которых обязательно наличие человека (оператора, диспетчера). Оператор несёт, как правило, общую ответственность за управление системой, которая, при нормальных условиях, только изредка требует подстройки параметров для достижения оптимальной производительности. Активное участие оператора в процессе управления происходит нечасто и в непредсказуемые моменты времени, обычно в случае наступления критических событий (отказы, нештатные ситуации и др.) Действия оператора в критических ситуациях могут быть резко ограничены по времени.

Определяют пять функций человека-оператора в системе диспетчерского управления:

• o оператор планирует, какие следующие действия необходимо выполнить;
• o обучает (программирует) компьютерную систему на последующие действия;
• o отслеживает результаты полуавтоматической и автоматической работы системы;
• o вмешивается в процесс в случае критических событий, когда автоматика не сможет справиться, либо при необходимости подстройки (регулировки) параметров процесса;
• o обучается в процессе работы (получает опыт).

Данное представление SCADA является основой для разработки современных эффективных диспетчерских систем в технологических процессах металлообработки и машиностроения.