Tiedonkeruu- ja toiminnanohjausjärjestelmät (SCADA-järjestelmät)

Termi Supervisory Control and Data Acquisition System tai SCADA-järjestelmä ilmestyi 1980-luvun lopulla. XX vuosisadalla. samanaikaisesti ensimmäisten yritysten kanssa käyttää henkilökohtaisia ​​tietokoneita, joihin on asennettu graafiset sovellukset käyttökonsoleina.

Ensimmäiset SCADA-järjestelmät kehitettiin DOS- tai Unix-käyttöjärjestelmille ja niillä oli melko vaatimattomat ominaisuudet sekä laitteiston laitteistorajoitusten että käyttöjärjestelmien graafisten ominaisuuksien vuoksi. SCADA-järjestelmät yleistyivät samanaikaisesti graafisten käyttöliittymien, kuten Windows 3.11, X-Windows, Phantom ja laitteiston ilmestymisen kanssa, joiden avulla voit saavuttaa tarvittavan nopeuden prosessien suorittamiseen monitoimitiloissa.

Syy SCADA-järjestelmien syntymiselle huipputason ohjelmistokehitystyökaluiksi on samanlainen kuin Borland Delphin ja muiden visuaalisten ohjelmointijärjestelmien kaltaisten järjestelmien syntyminen.Niiden päätehtävänä on vapauttaa ohjelmistokehittäjät normaalien rajapintojen ja toimintojen kuvaamisen rutiinista ja jopa turhasta taakasta. Samalla on ymmärrettävä, että SCADA-järjestelmien käyttö ei tarkoita kehittäjän pätevyyden vaatimusten alentamista, kuten he yrittävät kuvitella.

Erota järjestelmät MMI (Man Machine Interface) ja SCADA, koska ne molemmat kehittyivät menestyksekkäästi toisistaan ​​riippumatta ja sijoittivat eri markkinarakoja laitemarkkinoilla HMI (Human Machine Interface).

MMI-järjestelmät ovat itse asiassa paikallisia ohjauspaneeleja yksittäisille laitteille tai teknisille asennuksille, jotka on varustettu aakkosnumeerisilla näytöillä ja näppäimistöillä tai graafisilla, yleensä kosketusnäytöillä.

Useimmissa tapauksissa MMI-laite toteutetaan erityisellä ohjaimella, eikä sen ohjelmisto-osa edellytä lisämuutoksia tai muutoksia.

Samaan aikaan SCADA-järjestelmät sisältävät tavallisten henkilökohtaisten tietokoneiden ja käyttöjärjestelmien käytön, niitä käytetään automatisoimaan suurten teknisten prosessien hallintaprosessia, jossa on mukana suuri määrä johtavia laitteita ja teknisiä yksiköitä, ja ne tukevat myös mahdollisuutta hajautettujen sovellusten käyttöönotto (käyttämällä useita operaattorikonsoleita) …

On mahdotonta vetää selkeää rajaa MMI- ja SCADA-järjestelmien välille, koska on olemassa päästä päähän -ohjelmointijärjestelmiä, joissa ei useinkaan ole eroa ohjelmistokehitystyökalujen välillä ohjausjärjestelmän eri tasoilla.

SCADA-järjestelmien tarkoitusta ja toiminnallista koostumusta kuvaavan yhden standardin puute ja termin "SCADA" tulkinnan erot vaikeuttavat tämän luokan järjestelmien luokittelua ja vertailua.

Seuraavat SCADA-järjestelmien pääryhmät voidaan erottaa:

• Ohjainten valmistajien kehittämät SCADA-järjestelmät;

• Riippumattomien valmistajien kehittämät SCADA-järjestelmät;

• SCADA-järjestelmät ovat osia päästä päähän -ohjelmointijärjestelmiin.

Ohjainlaitevalmistajan tehtävänä oman SCADA-järjestelmän kehittämisessä on tarjota loppukäyttäjälle työkalu visualisointisovellusten kehittämiseen kyseisen valmistajan ohjaimilla.

Tällaisten järjestelmien seuraavat pääominaisuudet voidaan erottaa:

• näiden järjestelmien rajapinta toistaa ohjainlaitteiston ohjelmistojen kirjoitusvälineiden rajapinnan;

• SCADA-järjestelmän komponentit on optimoitu toimimaan tietyn valmistajan ohjauslaitteista saatujen tietojen kanssa;

• Liitännät tiedonvaihtoon muiden valmistajien laitteiden kanssa ovat huonosti toteutettuja tai vaikeita käyttää.

Klassinen esimerkki tällaisesta järjestelmästä on Siemens WinCC… Tällaisten patentoitujen järjestelmien käyttö toisaalta minimoi ohjelmistokehitysasiantuntijoiden kouluttamisesta aiheutuvat kustannukset, mutta toisaalta se sitoo tiukasti sekä järjestelmän kehittäjän että loppukäyttäjän tiettyyn valmistajaan tai jopa tiettyyn valmistajaan. yhden valmistajan laitesarja.

Lisäksi useat ohjauslaitteiden valmistajat joutuivat kehittämään omia SCADA-järjestelmiään markkinointitarkoituksiin ilman, että ohjelmistotuotteilleen tarvittiin tarvittavaa tukea ja ylläpitoa.

Kolmannen osapuolen SCADA-järjestelmät ovat joustavimpia työkaluja prosessien visualisointi- ja ohjaussovellusten luomiseen. Niiden etuja ovat tuki suurelle määrälle toimintoja hajautettujen ja hajautettujen ohjausjärjestelmien luomiseen sekä kyky integroida eri valmistajien, mukaan lukien kilpailevien, valmistajien laitteita yhteen järjestelmään.

Tietojen vaihtamiseen johtavien laitteiden kanssa tällaiset järjestelmät käyttävät ohjelmisto-I/O-palvelimia, jotka toteuttavat DDE- tai OPC-liitännät. Tällaisten SCADA-järjestelmien leviäminen sekä tarve noudattaa automaatiotyökalustandardeja johtivat siihen, että kaikilla ohjainlaitteiden kehittäjillä on omat OPC- tai DDE-ohjelmistopalvelimet, jotka toimitetaan varusteineen tai tilauksesta.

Koska päästä päähän -ohjelmointijärjestelmä sisältää ohjausasemien kehittämisen kiinteänä osana ohjausjärjestelmää, se sisältää aina erilliset SCADA-järjestelmän komponentit. Koska koko järjestelmä toimii kuitenkin kokonaisuutena, nämä komponentit voivat olla myös muiden päästä päähän -ohjelmointijärjestelmän moduulien komponentteja tai SCADA-järjestelmän erottaminen puhtaassa muodossaan ohjelmistotuotteeksi voi olla mahdotonta.

Tällaisilla järjestelmillä on samat edut ja haitat kuin ohjainvalmistajien kehittämillä SCADA-järjestelmillä, ottaen huomioon kaksi pääeroa:

• SCADA-järjestelmät, jotka ovat olennainen osa päästä päähän -ohjelmointijärjestelmiä, eivät käytännössä ole yhteentoimivia muiden valmistajien ohjelmistojen ja laitteistojen kanssa;

• SCADA-järjestelmän rooli tällaisissa sovelluksissa rajoittuu graafisen käyttöliittymän kehittämiseen.

SCADA-järjestelmien koostumus ja rakenne

SCADA-järjestelmien koostumus ja rakenne

Tyypillisesti SCADA-järjestelmät koostuvat kahdesta erillisestä ohjelmistotuotteesta: kehitysympäristöstä ja suoritusympäristöstä.

Kehitysympäristö kutsutaan joukoksi, jolla suunnitellaan ja konfiguroidaan ympäristö teknologisen prosessin visualisointia varten.

Ympäristö työskentelyn aikana — Tämä on sarja ohjelmistotuotteita, jotka ovat tarpeen teknologisen prosessin visualisointiohjelman projektin parissa operaattorin asemalla.

Erikseen tulee tarkastella kysymystä kehitysympäristön ja ajonaikaisen ympäristön vuorovaikutuksesta työskennellessään saman kehittäjän ja operaattorin projektin kanssa:

1. Kehittäjän tekemät muutokset astuvat voimaan välittömästi.

2. Suoritusaika heijastaa projektin lähdekoodissa olevia muutoksia.

3. Muutokset näkyvät suorituksen aikana uudelleenkäynnistyksen tai pakotuksen yhteydessä.

Ensimmäisen tyyppisen vuorovaikutuksen toteutus mahdollistaa tuotteen ominaisuuksien osoittamisen varsin selkeästi ja tehokkaasti kaupallisissa esityksissä, ja siksi se joskus toteutetaan myös lopullisissa ohjelmistotuotteissa. Todellisten projektien parissa työskennellessä on kuitenkin mahdollinen vaara, että osa graafisesta käyttöliittymästä puuttuu tai säätimien dynaaminen liike. Tässä suhteessa toinen ja kolmas vuorovaikutustyyppi tai niiden yhdistelmä ovat yleisimpiä.

Seuraavat SCADA-järjestelmän pääosat voidaan erottaa:

• tag pohja;

• graafinen näyttö moduuli;

• käsikirjoitus prosessori;

• hälytys- ja varoitusjärjestelmät;

• moduuli teknisten prosessiparametrien arkistointiin.

SCADA-järjestelmän tunniste On objekti teknologisen prosessiparametrin arvon ja sen ominaisuuksien tallentamiseen. Tunnisteita kutsutaan joskus virheellisesti "muuttujiksi". Samalla tarran käsite on lähinnä olioohjelmointikielien luokan määritelmää.

Graafinen näyttömoduuli toteuttaa projektin graafisen käyttöliittymän. Graafinen käyttöliittymä on yleensä joukko näyttölomakkeita, joihin on sijoitettu graafisia elementtejä. Näytön luontitehtävä rajoittuu graafisten elementtien sijoittamiseen näytön muotoihin ja niiden ominaisuuksien asettamiseen.

Näyttölomakkeiden kutsumisen, näyttämisen ja sulkemisen aikana, kun napsautetaan graafisia objekteja, muutetaan yksittäisten tunnisteiden ominaisuuksia tai arvoja, on suoritettava laskelmia tai toimintoja, joita varten on olemassa käsikirjoitusmoottori… Skriptejä kutsutaan joissain järjestelmissä myös "makroiksi" tai "skripteiksi".

Useimmat SCADA-järjestelmän komentosarjat, jotka toteuttavat automatisoitujen käyttäjätyöasemien graafisen käyttöliittymän, ovat graafisten elementtien hiiren napsautuskäsittelijöitä.

Skripteille eri valmistajien SCADA-järjestelmät tarjoavat yhden tai useamman kielen. Ohjainten valmistajien kehittämät järjestelmät tai osana kokonaisvaltaista ohjelmointijärjestelmää tarjoavat yleensä samat ohjelmointikielet komentosarjoille kuin kirjoittamiseen ohjainohjelmisto… Kolmannen osapuolen SCADA-järjestelmät tarjoavat usein erikoistuneita makrokomentokieliä.

Yleiskäyttöisten ohjelmointikielten avulla voit toteuttaa monimutkaisia ​​käyttöliittymiä ja epätyypillisiä menetelmiä tietojen käsittelyyn käyttämällä lisäkirjastoja ja API:ita.

Samanaikaisesti kehittäjän on joka tapauksessa tutkittava toimintokirjastoja työskennelläkseen SCADA-järjestelmän komponenttien kanssa, samalla tavalla kuin makrokieliä tutkitaan, ja toteutettu koodi voi olla mahdollisesti vaarallinen tai periä virheitä kolmannen osapuolen toiminnasta. kirjastot.

Hälytysjärjestelmä on tarkoitettu ilmoittamaan operaattorille prosessiparametrin arvo sallittujen rajojen ulkopuolella. Pääsääntöisesti jokaiselle teknologiselle parametrille voidaan asettaa 2 tyyppistä asetusta, joiden mukaan ilmoitus tulee näkyviin: vastaavasti hätä- ja varoitusasetukset.

Järjestelmän ominaisuuksista riippuen nämä asetukset määritetään yhden tai useamman kriteerin mukaan:

• Kantaman ulkopuolella. Tässä tapauksessa on: ylempi ja alempi varoitusarvo sekä ylempi ja alempi hälytysarvo.

• Poikkeama jonkin arvon nimellisarvosta. Jaa pienin ja suurin sallittu poikkeama asetetusta arvosta.

• Prosessiparametrin arvon suurimman sallitun muutosnopeuden asettaminen. Sallittujen alueasetusten arvot määritetään absoluuttisissa yksiköissä, ja poikkeama nimellisarvosta ja muutosnopeus voidaan määrittää sekä absoluuttisina yksiköinä että prosentteina nykyisestä tai asetusarvosta.

Koska yhdelle teknologiselle prosessille parametrien määrä, joille asetetaan hätä- ja varoitusarvot, voi olla suuri, SCADA-järjestelmissä on mahdollista yhdistää teknologisesti ohjatut parametrit ryhmiin sekä asettaa prioriteettitaso mille tahansa. asetuspiste.

Päätehtävä varmuuskopiointimoduuli — mahdollistaa teknisten parametrien (trendien) kaavioiden näyttäminen näyttöruudulla suhteellisen lyhyen ajan, sekä yksinkertaisten raporttien rakentaminen. SCADA-järjestelmän arvojen arkistointimoduulin tulee tarjota seuraavat toiminnot:

• arkistointi paikalliseen tietokantaan tietyllä tiheydellä tai muutoksella;

• arkistoitaessa arvoja muuttuessa - mahdollisuus asettaa kuollut alue arkistointia varten;

• aseta paikallinen tietokannan kokorajoitus;

• arvojen tallennusajan asettaminen;

• suorittaa rutiinihuoltoa vanhentuneiden tai aikaisimpien arvojen poistamiseksi, kun tallennusaika tai tietokannan koko ylittyy automaattitilassa;

• käyttöliittymän saatavuus arkistoarvojen kaavioiden rakentamiseen ja niiden katseluun;

• järjestelmän saatavuus parametriarvojen vientiä varten määritetylle ajanjaksolle arvotaulukon muodossa.