SCADA: в поисках идеала / - услуги электромонтажа, строительства и ремонта

Необходима высокая скорость работы. Это означает, что не должно быть никаких интерпретаторов, на выходе должен быть исполняемый машинный код.

Содержание

SCADA: в поисках идеала

По моим наблюдениям, большинство опытных специалистов, работающих со SCADA, проходят несколько этапов “эмоционального развития”: знакомство с некоторыми SCADA, поиск чего-то лучшего, появление идей и попытка написать собственную версию, выработка философского подхода к проблеме и использование одного из существующих продуктов.

Да, бывают исключения. Например, есть энтузиасты, которые с большим энтузиазмом и упорством создают что-то, что работает, но не меняет картину полностью.

Давайте попробуем подумать, почему так происходит и есть ли выход из этого порочного круга.
Предупреждение: Далее речь пойдет в основном о коммерческих продуктах, но в значительной степени это касается и проектов с открытым исходным кодом, которые будут рассмотрены отдельно.

В первом приближении процесс работы со SCADA-системой сводится к нескольким действиям: выбор параметров для обмена данными с ПЛК, разработка мнемосхем в специальном редакторе, установка событий и запись состояний параметров. Для сложного поведения мнемонических графических элементов и простых математических вычислений используется написание скриптов, либо принято считать, что достаточно простейшей анимации, заданной в редакторе.

Такой подход во многом оправдывает себя – его легко освоить, простые проекты могут быть быстро реализованы. В целом, для начала работы вам не потребуется даже минимальных знаний в области программирования.

На сегодняшний день существует довольно много систем SCADA, различающихся по возможностям, стоимости, простоте расширения и т.д. Казалось бы, выбирай правильный вариант и начинай творить доброе, светлое, вечное… Но потом выясняется, что все не так просто.

Теперь, когда мы увидели трудности, давайте попробуем сформулировать требования к идеальной SCADA и посмотрим, можно ли решить проблему, немного выйдя за рамки традиционной парадигмы.

Когда я впервые познакомился с Qt, я был просто поражен внутренней логикой и богатством этой библиотеки. Как только возникает задача создать что-то, очень часто оказывается, что это уже практически реализовано в Qt и нуждается только в доработке.

Когда задача правильно сформулирована, остается только реализовать ее, что я и начал делать некоторое время назад. На данный момент мне удалось реализовать минимальный джентльменский набор компонентов.

Созданный набор можно разделить на несколько групп.

Система меток. Фактически это некий буфер между драйверами и другими частями библиотеки, который обеспечивает доступ к данным из различных компонентов программы.
Драйвер-клиент для OPC DA2. На мой взгляд, в настоящее время это самый популярный способ обмена данными с ПЛК, и трудно найти какое-либо популярное устройство без OPC-сервера.

Система аварийных сообщений.
Журналы параметров процесса.

Создание графиков и тенденций на основе технологических журналов. Здесь все классически – выбор и настройка отображения собранных данных.
Работа с тревожными сообщениями – отображение активных сообщений, подтверждение оператором, доступ к архивной информации.
Отображение различных элементов мнемосхем. Как показывает исследование, большинство компаний используют собственные значки для представления состояния технологического оборудования. По этой причине был создан компонент, который позволяет отображать графические изображения (в том числе с эффектом мигания) в зависимости от значения маркера.
Построение больших анимированных схем трубопроводов. Я не встречал готового к использованию аналога ни в одной системе SCADA, а потребность в нем очевидна – попробуйте проложить маршрут в разветвленной системе с двумя-тремя сотнями ворот.
Набор компонентов для облегчения создания пользовательских компонентов.

Конечно, впереди еще долгий путь, но мы уже видим некоторые возможные применения в дополнение ко всем видам классических задач промышленной автоматизации:

Создание инструментов для решения побочных задач в существующих системах. Например, я смог написать аналог Matrikon OPC Data Manager с более богатой функциональностью, потратив на это всего около четырех часов и сэкономив при этом довольно много денег.
Разработка приложений для совместной работы с научными приборами.
Системы умного дома.

Как-то незаметно для меня, мое хобби превратилось в нечто большее и интересное для других людей. У меня есть идея превратить это творчество в стартап, но пока на этом пути стоит отсутствие людей, готовых разделить со мной эту работу. Если вы хотите принять участие в развитии стартапа, поддержать новую компанию или попробовать себя в роли соучредителя, напишите мне.

Итак, если посмотреть на путь к цифровой трансформации, то он начинается с уровня автоматизации.

Системы SCADA предназначены для мониторинга и диспетчерского управления большим количеством удаленных объектов (от 1 до 10 000, иногда тысячи километров друг от друга) или одним территориально распределенным объектом. К таким объектам относятся нефтепроводы, газопроводы, водопроводы, распределительные подстанции, водозаборы, дизель-генераторные станции и т.д.

Основной задачей систем SCADA является сбор информации о множестве удаленных объектов с контрольных точек и отображение этой информации в едином центре управления. Система SCADA также должна обеспечивать долгосрочное архивирование полученных данных. Диспетчер часто имеет возможность не только пассивно наблюдать за объектом, но и управлять им, реагируя на различные ситуации.

Задачи систем SCADA:

Обмен данными с УСО (коммуникационными устройствами объекта, например, промышленными контроллерами и картами ввода/вывода) в режиме реального времени через контроллеры;
Обработка информации в режиме реального времени;
отображение информации на экране монитора в человекочитаемой форме;
Ведение базы данных с технологической информацией в режиме реального времени;
тревоги и управление тревогами;
подготовка и формирование отчетов о ходе технологического процесса;
обеспечение связи с внешними приложениями (СУБД, электронные таблицы, текстовые редакторы и т.д.).

Диспетчер взаимодействует с программным обеспечением, установленным на ПК, а реализация связи с управляемыми объектами происходит через контроллер ввода/вывода или связанные с ним серверы. Программное обеспечение может использовать в своей структуре коды, сгенерированные в среде CAD.

Преимущества

Повышение надежности за счет автоматизации.
Отказ от ручного сбора данных в пользу автоматического сбора данных.
Мониторинг системы и уведомления о тревоге позволяют оператору быстро определить проблему и устранить ее источник.
Больший процент неисправностей может быть устранен автоматически, без необходимости направлять персонал в удаленное место.
Мощные аналитические инструменты для анализа и диагностики систем. С помощью этого инструмента можно повысить эффективность технического обслуживания и определить области, которые рекомендуется или нужно срочно модернизировать.
Хранение данных о производительности системы на протяжении всего срока службы позволяет извлекать, анализировать и использовать информацию для дальнейшего повышения производительности.

Это была сухая фраза, взятая из энциклопедии. Такие системы фактически предназначены для мониторинга и диспетчерского управления несколькими удаленными объектами (от 1 до 10 000 точек контроля, иногда удаленных друг от друга на тысячи километров) или одним географически распределенным объектом.

Общая структура SCADA

Работа SCADA – это непрерывный процесс сбора информации в реальном времени с удаленных точек (объектов) для обработки, анализа и возможного управления.

Требование обработки в реальном времени возникает из-за необходимости быстрой доставки (выдачи) всех сообщений и данных на центральный интерфейс оператора (диспетчера). В то же время, понятие реального времени отличается для разных систем SCADA.

Все современные системы SCADA содержат три основных структурных компонента (см. рисунок ниже):

Удаленный терминальный блок (RTU) удаленное терминальное устройство, которое подключается непосредственно к управляемому объекту и выполняет обработку задачи (управление) в реальном времени. RTU варьируются от примитивных датчиков, снимающих информацию с объекта, до специализированных отказоустойчивых многопроцессорных вычислительных систем, обрабатывающих и контролирующих информацию в режиме реального времени. Его конкретная реализация зависит от конкретного приложения. Использование низкоуровневых процессоров позволяет снизить требования к пропускной способности канала связи с центральным пунктом управления.

Главный терминальный блок Master Terminal Unit (MTU), Master Station (MS) – это диспетчерский пункт управления (мастер-терминал); он выполняет высокоуровневую обработку данных и управление, обычно в мягком (квази) режиме реального времени. Одна из его основных функций – обеспечение человеко-машинного интерфейса (между человеком-оператором и системой). В зависимости от конкретной системы МТУ может быть реализована в самой разнообразной форме: от одного компьютера с дополнительными устройствами, подключенными к каналам связи, до больших вычислительных систем (мэйнфреймов) и/или объединенных в сеть рабочих станций и серверов. Как правило, MTU также строятся с использованием различных методов для повышения надежности и безопасности системы. MTU часто называют сервером SCADA.

Система связи (CS) Система связи (линии связи) между RTU и MTU. Он необходим для передачи данных с удаленных точек (RTU) на центральный диспетчерский интерфейс и для передачи управляющих сигналов обратно с MTU на RTU. В качестве системы связи могут быть использованы следующие каналы передачи данных:

Выделенные каналы – собственные или арендованные; медный кабель или оптоволокно;
Частные радиосети;
Аналоговые телефонные линии;
Цифровые сети ISDN;
Мобильные сети GSM (GPRS).

Для дублирования линий связи устройства могут подключаться к нескольким сетям, например, к выделенной линии и резервной радиолинии.

Система SCADA находится между устройствами управления, измерения и исполнения (такими как программируемые логические контроллеры (ПЛК), модули ввода/вывода, датчики) и оператором машины. Эта система играет многогранную роль. Более того, он может объединять несколько ПЛК.

Что такое SCADA

SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) – это компьютерная система (обычно ПК + программное обеспечение), предназначенная для повышения эффективности производства. SCADA не только переводит язык машин на язык людей, но и автоматически реагирует на сигналы от устройств.

Благодаря SCADA данные от машин и измерительных приборов могут собираться в режиме реального времени, что позволяет контролировать производственный процесс. Еще одной очень важной функцией системы SCADA является визуализация текущих или исторических данных.

SCADA позволяет пользователю контролировать производственный процесс, задавая параметры с панели управления, обнаруживает сигналы тревоги и информирует операторов, чтобы можно было быстро устранить ошибки и нарушения. Более того, SCADA архивирует данные процесса.

Место SCADA в производственном процессе

Задачей SCADA является улучшение производственного процесса, поэтому ее работа основана на взаимодействии с различными элементами автоматизации, внедренными ранее в процессе.

SCADA занимает место между устройствами управления, измерения и исполнения (такими как программируемые логические контроллеры (ПЛК), модули ввода/вывода, датчики) и оператором машины. Эта система играет многогранную роль. Кроме того, он может интегрировать множество ПЛК.

ПЛК выполняет операции управления в соответствии с программой на основе входных данных, т.е. данных, полученных от измерительных и исполнительных устройств. Затем он отправляет данные в систему SCADA, где они обрабатываются и архивируются.

На основе данных создается визуализация, и с уровня SCADA оператор может не только наблюдать за состоянием производственного процесса, значениями конкретных выходов и аварийными сигналами, но и устанавливать параметры процесса, выключать и включать его.

Система SCADA – визуализация

SCADA работает в производственном процессе на многих уровнях: с измерительными и исполнительными устройствами, с контроллером, на который подаются входные сигналы, с ПЛК – который осуществляет управление и регулирование на основе параметров, заданных оператором, и данных с датчиков и измерительных устройств, с пользователем – возможность задания параметров работы оборудования, возможность работы в ручном или аварийном режиме, визуализация производственного или технологического процесса, позволяющая осуществлять мониторинг в режиме реального времени.

Что такое SCADA:

В чем разница между SCADA и HMI?

Функции и роли SCADA (диспетчерский контроль и сбор данных) и HMI (человеко-машинный интерфейс) могут показаться очень похожими. Однако они демонстрируют различия как в задачах, так и в применении.

SCADA и HMI отличаются в первую очередь уровнем развития и объемом работ. Панели HMI позволяют отображать данные машины и задавать рабочие параметры. Они обеспечивают интерфейс между машиной и оператором.

Программное обеспечение для визуализации обычно поставляется вместе с ЧМИ. Для небольших приложений с ограниченными требованиями достаточно панели HMI. SCADA является ведущей системой по сравнению с HMI.

HMI является важной частью системы SCADA, поскольку он используется для взаимодействия пользователя с оборудованием и управления всей системой. Без HMI многие полезные функции систем SCADA были бы невозможны. С другой стороны, именно система SCADA обеспечивает фактическую функциональность.

Системы SCADA – это сложные системы, в которых представление данных является лишь частью функциональности. Они работают в более крупных масштабах, имеют расширенные коммуникационные возможности и способность анализировать и обмениваться данными с другими системами. Системы SCADA хорошо работают со сложными визуализациями с возможностью модификации.

Основным преимуществом SCADA систем перед HMI системами является возможность архивирования данных и использования баз данных. Они позволяют контролировать весь производственный процесс.

В чем разница между SCADA и HMI:

Где может применяться система SCADA?

Системы SCADA используются во многих областях – в основном в производстве, а также в автоматизации зданий и на транспорте.

При принятии решения о внедрении SCADA главным критерием является не область, в которой она будет работать, а сфера применения и потребности пользователя. SCADA будет полезна везде, где требуется сбор данных, контроль, сигнализация и управление процессом.

Пользователь должен сначала спросить себя, является ли процесс, которым он хочет управлять, достаточно простым для визуализации и управления с помощью HMI, или ему нужна сложная система визуализации и управления SCADA.

Преимущества использования программного обеспечения SCADA

Использование программного обеспечения SCADA дает компаниям ряд преимуществ:

Простота конструкции: Системы SCADA предоставляют простые в использовании инструменты, мастера, графические шаблоны и другие предварительно настроенные элементы, которые позволяют неопытным инженерам быстро создавать проекты автоматизации, устанавливать и изменять параметры. Кроме того, существующие приложения можно легко поддерживать и расширять по мере необходимости. Возможность автоматизировать процесс проектирования позволяет пользователям, особенно системным интеграторам и производителям оригинального оборудования (OEM), создавать сложные конструкции с гораздо большей эффективностью и точностью.

Улучшенное управление данными: Высокопроизводительная система SCADA упрощает сбор, управление, доступ и анализ оперативных данных. Он может включать автоматическую регистрацию данных и быть основным местом хранения данных. При необходимости он также может передавать данные в другие системы, такие как MES и ERP. SCADA включает в себя широкий спектр контроллеров и открытых интерфейсов для этих целей.

Повышение прозрачности: Одним из основных преимуществ программного обеспечения SCADA является большая прозрачность процесса. Программное обеспечение предоставляет информацию о выполняемых операциях и позволяет удобно просматривать их в режиме реального времени через ЧМИ. Кроме того, программное обеспечение SCADA может помочь вам создавать отчеты и анализировать данные.

Повышенное удобство использования: Системы SCADA позволяют работникам управлять оборудованием быстрее, проще и безопаснее с помощью программируемого терминала. Вместо того чтобы вручную контролировать каждую единицу оборудования, используемого в процессе, сотрудники могут управлять им дистанционно и контролировать несколько устройств одновременно из одного места. Менеджеры, даже физически отсутствующие в компании, также получают эту возможность.

Меньше простоев: Система SCADA может обнаружить неисправности на ранней стадии и отправить немедленное предупреждение ответственному персоналу. Благодаря проактивному анализу система SCADA может предупредить вас о потенциальных проблемах машины до того, как произойдут поломки и возникнут серьезные проблемы. Эти функции помогают повысить общую эффективность оборудования и сократить время и затраты, связанные с устранением неисправностей и обслуживанием производственной инфраструктуры.

Унифицированная платформа: Хотя это касается не всех систем SCADA, некоторые из них позволяют управлять всеми аппаратными компонентами и процессами с единой унифицированной платформы, что значительно снижает сложность эксплуатации и облегчает повседневную работу. Все данные также доступны на единой платформе, обеспечивая полную видимость всех операций и позволяя лучше использовать данные. Все пользователи, работающие локально и удаленно, получают обновления в режиме реального времени, поэтому вся команда всегда имеет одни и те же данные.

Узнайте, какие решения используются в новейших системах SCADA крупнейших мировых производителей:

Любите умные гаджеты и DIY? Станьте специалистом по Интернету вещей и создайте сеть умных гаджетов!

Запишитесь в онлайн-университет с GeekBrains:

Изучите язык C, механизмы отладки и программирования микроконтроллеров;

Получите опыт работы в реальных проектах, в команде и самостоятельно;

Получите сертификат и свидетельство, подтверждающее ваши знания.

Стартовая коробка для ваших первых экспериментов в подарок!

По окончании курса в вашем портфолио будут представлены: игровые часы, распределенная сеть устройств, устройство контроля температуры (PID), устройство контроля влажности, интеллектуальная система полива растений, устройство контроля утечки воды.

Вы получите диплом о профессиональном образовании и электронный сертификат, который вы сможете добавить в свое портфолио и показать работодателю.

Привет всем! Уважаемые интернавты. С вами Гридин Семен. В этой статье я хочу рассказать вам об одной интересной программе. Когда я только начинал программировать SCADA-системы, у меня были трудности с их конфигурацией. Многие вещи я не понимал, мне потребовалось много времени, чтобы разобраться в терминах и понятиях. Ну, как и в любом новом бизнесе.

SimpLight

Эта система по моему субъективному мнению занимает место между MasterSCADA и Simple-SCADA. Он немного громоздкий, разделен на несколько подпрограмм, которые выполняют свои конкретные задачи.

Интерфейс и рабочие окна радуют глаз;
Миллион простых в использовании настроек;
Цена не является запредельной;

На самом деле, я упомянул только три пакета среди многих других. Потому что их достаточно для решения задач автоматизации в нашем регионе. Есть и такие гиганты, как Trace Mode, Iridium mobile, NPF Circle. Существуют также варианты для дома с использованием Arduino. Пусть о них пишут другие. Более подробно об этих трех программах я буду писать в будущих статьях, обучаясь сам и обучая других.

На этом пока все. Если у вас есть вопросы, задавайте их в комментариях, я обязательно на них отвечу. Подпишитесь на блог, расскажите друзьям. До встречи в будущих статьях. Пока-пока, пока-пока.

Читайте далее: