Adatgyűjtő és működésvezérlő rendszerek (SCADA rendszerek)

A Supervisory Control and Data Acquisition System vagy SCADA rendszer kifejezés az 1980-as évek végén jelent meg. XX század. a személyi számítógépek kezelői konzolként telepített grafikus alkalmazásokkal történő használatára vonatkozó első kísérletekkel egy időben.

Az első SCADA rendszereket DOS vagy Unix operációs rendszerekre fejlesztették ki, és meglehetősen szerény képességekkel rendelkeztek, mind a hardver hardveres korlátai, mind az operációs rendszerek grafikus képességei miatt. A SCADA rendszerek a grafikus felületek megjelenésével párhuzamosan terjedtek el, mint például a Windows 3.11, X-Windows, Phantom és a hardver, amely lehetővé teszi a folyamatok végrehajtásához szükséges sebesség elérését többfeladatos módban.

A SCADA rendszerek, mint felső szintű szoftverfejlesztő eszközök megjelenésének oka hasonló az olyan rendszerek megjelenésének okaihoz, mint a Borland Delphi és más vizuális programozási rendszerek.Fő feladatuk, hogy mentesítsék a szoftverfejlesztőket a szokásos interfészek és funkciók leírásának rutinszerű és tulajdonképpen haszontalan terhe alól. Ugyanakkor meg kell érteni, hogy a SCADA rendszerek használata nem jelenti a fejlesztői képesítés követelményeinek csökkentését, ahogyan azt elképzelni próbálják.

Megkülönböztetni a rendszereket MMI (Man Machine Interface) és SCADA, mivel mindketten sikeresen fejlődtek egymástól függetlenül, és más-más rést foglalnak el az eszközpiacon HMI (emberi gép interfész).

Az MMI rendszerek tulajdonképpen az egyes eszközök vagy technológiai telepítések helyi vezérlőpaneljei, amelyek alfanumerikus képernyőkkel és billentyűzetekkel vagy grafikus, általában érintőképernyőkkel vannak felszerelve.

A legtöbb esetben az MMI eszközt speciális vezérlővel valósítják meg, és a szoftver része nem jelent további módosításokat vagy változtatásokat.

Ugyanakkor a SCADA rendszerek magukban foglalják a szabványos személyi számítógépek és operációs rendszerek használatát, automatizálják a nagy technológiai folyamatok kezelésének folyamatát, amelyben nagyszámú végrehajtó eszköz és technológiai egység vesz részt, és támogatják a elosztott alkalmazások megvalósítása (több kezelői konzol használatával) …

Lehetetlen egyértelmű határvonalat húzni az MMI és a SCADA rendszerek között a végpontok közötti programozási rendszerek létezése miatt, amelyekben gyakran nincs különbség a vezérlőrendszer különböző szintjeihez tartozó szoftverfejlesztő eszközök között.

A SCADA rendszerek célját és funkcionális összetételét leíró egységes szabvány hiánya, valamint magának a „SCADA” kifejezésnek az eltérő értelmezése megnehezíti az ebbe az osztályba tartozó rendszerek osztályozását és összehasonlítását.

A SCADA rendszerek következő fő csoportjai különböztethetők meg:

• A vezérlőgyártók által kifejlesztett SCADA rendszerek;

• Független gyártók által kifejlesztett SCADA rendszerek;

• A SCADA rendszerek a végpontok közötti programozási rendszerek összetevői.

A vezérlőberendezés-gyártó feladata saját SCADA rendszerének fejlesztése során, hogy a végfelhasználó számára eszközt biztosítson a vizualizációs alkalmazások fejlesztéséhez az adott gyártó vezérlőivel.

Az ilyen rendszerek következő főbb jellemzői különböztethetők meg:

• ezeknek a rendszereknek az interfésze megismétli a vezérlőberendezéshez szükséges szoftvert író eszközök interfészét;

• A SCADA rendszerelemek úgy vannak optimalizálva, hogy egy adott gyártó vezérlőberendezéseitől kapott adatokkal működjenek;

• A más gyártók berendezéseivel való adatcserére szolgáló interfészek rosszul vannak megvalósítva, vagy nehezen használhatók.

Egy ilyen rendszer klasszikus példája az Siemens WinCC… Az ilyen szabadalmaztatott rendszerek használata egyrészt minimalizálja a szoftverfejlesztő szakemberek képzésének költségeit, másrészt szigorúan köti mind a fejlesztőt, mind a rendszer végfelhasználóját egy adott gyártóhoz vagy akár egy meghatározott gyártóhoz. egy gyártó berendezései.

Emellett számos vezérlőberendezés-gyártó kénytelen volt saját SCADA-rendszert kifejleszteni marketing célokra anélkül, hogy szoftvertermékei számára biztosították volna a szükséges támogatási és karbantartási szintet.

A harmadik féltől származó SCADA-rendszerek a legrugalmasabb eszközök a folyamatvizualizációs és -vezérlő alkalmazások létrehozásához. Előnyeik közé tartozik a nagyszámú funkció támogatása a decentralizált és elosztott vezérlőrendszerek létrehozásához, valamint a különböző gyártók berendezéseinek egy rendszerbe való integrálása, beleértve a versenytársakat is.

A végrehajtó berendezésekkel való adatcseréhez az ilyen rendszerek szoftveres I/O szervereket használnak, amelyek DDE vagy OPC interfészt valósítanak meg. Az ilyen SCADA rendszerek elterjedése, valamint az automatizálási eszközök szabványainak való megfelelés szükségessége oda vezetett, hogy minden vezérlőberendezés-fejlesztő rendelkezik saját OPC vagy DDE szoftverszerverek, melyeket felszereltséggel vagy megrendelésre szállítunk.

Mivel az end-to-end programozási rendszer az irányítási rendszer szerves részeként tartalmazza a kezelői állomások fejlesztését, ezért mindig tartalmazza a SCADA rendszer különálló elemeit. Mivel azonban a teljes rendszer egészében működik, ezek a komponensek a végpontok közötti programozási rendszer más moduljainak is lehetnek alkotóelemei, illetve előfordulhat, hogy a SCADA rendszert a tiszta formájában nem lehet szoftvertermékké szétválasztani.

Az ilyen rendszereknek ugyanazok az előnyei és hátrányai vannak, mint a vezérlőgyártók által kifejlesztett SCADA rendszerek, két fő különbséget figyelembe véve:

• A végpontok közötti programozási rendszerek szerves részét képező SCADA rendszerek gyakorlatilag nem működnek együtt más gyártók szoftvereivel és hardvereivel;

• a SCADA rendszer szerepe az ilyen alkalmazásokban egy grafikus felület fejlesztésére korlátozódik.

SCADA rendszerek összetétele és felépítése

SCADA rendszerek összetétele és felépítése

A SCADA rendszerek jellemzően két különálló szoftvertermék-készletből állnak: egy fejlesztői környezetből és egy végrehajtási környezetből.

Fejlesztőkörnyezet készletnek nevezzük, amellyel a technológiai folyamat megjelenítésére szolgáló környezetet megtervezik és konfigurálják.

Környezet munka közben — ez olyan szoftvertermékek készlete, amelyek szükségesek a technológiai folyamatok kezelői állomáson történő megjelenítésére szolgáló program projektjének munkájához.

Külön meg kell vizsgálni a fejlesztői környezet és a futási környezet közötti interakció kérdését a fejlesztő és az üzemeltető ugyanazon projektjével végzett munka során:

1. A fejlesztő által végrehajtott változtatások azonnal életbe lépnek.

2. A futási idő a projekt forráskódjában található változtatásokat tükrözi.

3. A változtatások futás közben, újraindításkor vagy kényszerítéskor jelennek meg.

Az első típusú interakció megvalósítása lehetővé teszi a termék képességeinek meglehetősen világos és hatékony bemutatását kereskedelmi prezentációkban, ezért esetenként a végső szoftvertermékekben is implementálják. Ha azonban valós projektekkel dolgozik, fennáll a veszélye annak, hogy a grafikus felület egy része hiányzik, vagy a vezérlők dinamikus mozgása. E tekintetben a második és harmadik típusú interakció vagy ezek kombinációja a legelterjedtebb.

A SCADA rendszer következő fő részei különböztethetők meg:

• címkealap;

• grafikus kijelző modul;

• script processzor;

• riasztó és figyelmeztető rendszer;

• technológiai folyamatparaméterek archiválására szolgáló modul.

SCADA rendszercímke Egy technológiai folyamatparaméter értékének és tulajdonságainak tárolására szolgáló objektum. A címkéket néha helytelenül „változóknak” nevezik. Ugyanakkor a címke fogalma áll a legközelebb az osztály definíciójához az objektum-orientált programozási nyelvekben.

A grafikus megjelenítő modul a projekt grafikus felületét valósítja meg. A grafikus interfész általában olyan képernyőformák halmaza, amelyeken grafikus elemek vannak elhelyezve. A képernyő létrehozásának feladata a grafikus elemek képernyőformákra való elhelyezésére és tulajdonságaik beállítására korlátozódik.

A képernyőűrlapok meghívása, megjelenítése és bezárása során, amikor grafikus objektumokra kattint, az egyes címkék tulajdonságait vagy értékét módosítja, számításokat vagy műveleteket kell végrehajtani, amelyekhez rendelkezésre állnak script motor… A szkripteket egyes rendszerekben „makróknak” vagy „szkripteknek” is nevezik.

A legtöbb SCADA rendszerszkript, amely az automatizált kezelői munkaállomások grafikus felületét valósítja meg, egérkattintással kezeli a grafikus elemeket.

A szkriptekhez a különböző gyártók SCADA-rendszerei egy vagy több nyelvet kínálnak. A vezérlőgyártók által vagy végpontok közötti programozási rendszerek részeként kifejlesztett rendszerek általában ugyanazokat a programozási nyelveket kínálják a szkriptekhez, mint az íráshoz vezérlő szoftver… A harmadik féltől származó SCADA-rendszerek gyakran kínálnak speciális makró-szkriptnyelveket.

Az általános célú programozási nyelvek használata lehetővé teszi összetett felhasználói felületek és nem szabványos adatkezelési módszerek megvalósítását további könyvtárak és API-k elérésével.

Ugyanakkor a fejlesztőnek minden esetben meg kell vizsgálnia a függvénykönyvtárakat a SCADA-rendszerkomponensekkel való munkavégzéshez, ugyanúgy, ahogy a makrónyelveket tanulmányozzák, és a megvalósított kód potenciálisan veszélyes lehet, vagy hibákat örökölhet harmadik féltől származó funkcióktól. könyvtárak .

Riasztó célja, hogy értesítse az üzemeltetőt a folyamatparaméterek megengedett határokon kívüli értékéről. Általános szabály, hogy minden technológiai paraméterhez 2 típusú beállítás állítható be, amelyek szerint az értesítés megjelenik: vészhelyzeti és figyelmeztetési beállítások.

A rendszer képességeitől függően ezek a beállítások egy vagy több kritérium szerint vannak beállítva:

• Hatótávolságon kívül. Ebben az esetben vannak: felső és alsó figyelmeztetési értékek, valamint felső és alsó riasztási értékek.

• Valamely érték névleges értékétől való eltérés. Ossza el a minimális és legnagyobb megengedett eltérést a beállított értéktől.

• A folyamatparaméter értékének maximális megengedett változási sebességének beállítása. A megengedett tartománybeállítások értékei abszolút mértékegységben vannak megadva, a névlegestől való eltérés és a változás mértéke pedig abszolút mértékegységben és az aktuális vagy alapjel értékének százalékában is megadható.

Tekintettel arra, hogy egy technológiai folyamathoz nagy lehet azoknak a paramétereknek a száma, amelyekhez vészhelyzeti és figyelmeztetési alapjelet állítanak be, a SCADA rendszerekben lehetőség van a technológiailag vezérelt paraméterek csoportokba foglalására, valamint bármely prioritási szint beállítására. beállított pont.

A fő feladat tartalék modul — a technológiai paraméterek (Trendek) grafikonjainak viszonylag rövid ideig történő megjelenítésének lehetővé tétele a monitor képernyőjén, valamint egyszerű jelentések készítése. A SCADA rendszer értékeinek archiváló moduljának a következő funkciókat kell biztosítania:

• értékek archiválása egy helyi adatbázisban bizonyos gyakorisággal vagy változással;

• értékek archiválásakor változás esetén - lehetőség beállítani holt zónát az archiváláshoz;

• állítson be egy helyi adatbázis méretkorlátot;

• az értékek tárolási idejének beállítása;

• rutin karbantartás elvégzése az elavult vagy legkorábbi értékek eltávolítására, ha a tárolási idő vagy az adatbázis mérete túllépi az automatikus módban;

• interfész elérhetősége az archív értékek grafikonjainak elkészítéséhez és megtekintéséhez;

• a paraméterértékek exportálására szolgáló rendszer elérhetősége a megadott időszakra értéktáblázat formájában.