Συστήματα απόκτησης δεδομένων και λειτουργικού ελέγχου (συστήματα SCADA)

Ο όρος Σύστημα Εποπτικού Ελέγχου και Απόκτησης Δεδομένων ή σύστημα SCADA εμφανίστηκε στα τέλη της δεκαετίας του 1980. ΧΧ αιώνα. ταυτόχρονα με τις πρώτες προσπάθειες χρήσης προσωπικών υπολογιστών με γραφικές εφαρμογές εγκατεστημένες σε αυτούς ως κονσόλες χειριστή.

Τα πρώτα συστήματα SCADA αναπτύχθηκαν για λειτουργικά συστήματα DOS ή Unix και είχαν μάλλον μέτριες δυνατότητες, τόσο λόγω των περιορισμών υλικού του υλικού όσο και λόγω των γραφικών δυνατοτήτων των λειτουργικών συστημάτων. Τα συστήματα SCADA έγιναν ευρέως διαδεδομένα ταυτόχρονα με την εμφάνιση γραφικών διεπαφών, όπως Windows 3.11, X-Windows, Phantom και υλικού που σας επιτρέπει να επιτύχετε την απαραίτητη ταχύτητα εκτέλεσης διαδικασιών σε λειτουργίες πολλαπλών εργασιών.

Ο λόγος για την εμφάνιση των συστημάτων SCADA ως εργαλεία ανάπτυξης λογισμικού ανώτατου επιπέδου είναι παρόμοιος με τους λόγους για την εμφάνιση συστημάτων όπως το Borland Delphi και άλλα οπτικά συστήματα προγραμματισμού.Το κύριο καθήκον τους είναι να απαλλάξουν τους προγραμματιστές λογισμικού από τη ρουτίνα και πράγματι άχρηστο βάρος της περιγραφής τυπικών διεπαφών και λειτουργιών. Παράλληλα, θα πρέπει να γίνει κατανοητό ότι η χρήση συστημάτων SCADA δεν συνεπάγεται μείωση των απαιτήσεων για τα προσόντα του προγραμματιστή, όπως προσπαθούν να φανταστούν.

Διακρίνετε τα συστήματα MMI (Διασύνδεση Man Machine) και SCADA, καθώς και οι δύο αναπτύχθηκαν με επιτυχία ανεξάρτητα το ένα από το άλλο, καταλαμβάνοντας διαφορετικές θέσεις στην αγορά συσκευών HMI (Διεπαφή ανθρώπινης μηχανής).

Τα συστήματα MMI είναι στην πραγματικότητα τοπικοί πίνακες ελέγχου για μεμονωμένες συσκευές ή τεχνολογικές εγκαταστάσεις, εξοπλισμένοι με αλφαριθμητικές οθόνες και πληκτρολόγια ή γραφικές, συνήθως οθόνες αφής.

Στις περισσότερες περιπτώσεις, η συσκευή MMI υλοποιείται με χρήση ειδικού ελεγκτή και το τμήμα λογισμικού της δεν συνεπάγεται πρόσθετες τροποποιήσεις ή αλλαγές.

Ταυτόχρονα, τα συστήματα SCADA περιλαμβάνουν τη χρήση τυπικών προσωπικών υπολογιστών και λειτουργικών συστημάτων, χρησιμοποιούνται για την αυτοματοποίηση της διαδικασίας διαχείρισης μεγάλων τεχνολογικών διαδικασιών, στις οποίες εμπλέκεται μεγάλος αριθμός εκτελεστικών συσκευών και τεχνολογικών μονάδων, και υποστηρίζουν επίσης τη δυνατότητα υλοποίηση κατανεμημένων εφαρμογών (χρησιμοποιώντας πολλαπλές κονσόλες χειριστή)…

Είναι αδύνατο να γίνει σαφής διαχωρισμός μεταξύ συστημάτων MMI και SCADA λόγω της ύπαρξης συστημάτων προγραμματισμού από άκρο σε άκρο στα οποία συχνά δεν υπάρχει διάκριση μεταξύ εργαλείων ανάπτυξης λογισμικού για διαφορετικά επίπεδα του συστήματος ελέγχου.

Η έλλειψη ενός ενιαίου προτύπου που να περιγράφει τον σκοπό και τη λειτουργική σύνθεση των συστημάτων SCADA και η διαφορά στις ερμηνείες του ίδιου του όρου "SCADA" περιπλέκει την ταξινόμηση και σύγκριση συστημάτων αυτής της κατηγορίας.

Διακρίνονται οι ακόλουθες κύριες ομάδες συστημάτων SCADA:

• Συστήματα SCADA που αναπτύχθηκαν από κατασκευαστές ελεγκτών.

• Συστήματα SCADA που αναπτύχθηκαν από ανεξάρτητους κατασκευαστές.

• Τα συστήματα SCADA είναι συστατικά των συστημάτων προγραμματισμού από άκρο σε άκρο.

Το καθήκον του κατασκευαστή εξοπλισμού ελεγκτών για την ανάπτυξη του δικού του συστήματος SCADA είναι να παρέχει στον τελικό χρήστη ένα εργαλείο για την ανάπτυξη εφαρμογών οπτικοποίησης χρησιμοποιώντας ελεγκτές από αυτόν τον κατασκευαστή.

Τα ακόλουθα κύρια χαρακτηριστικά τέτοιων συστημάτων μπορούν να διακριθούν:

• η διεπαφή αυτών των συστημάτων επαναλαμβάνει τη διεπαφή των μέσων εγγραφής λογισμικού για τον εξοπλισμό ελεγκτή.

• Τα στοιχεία του συστήματος SCADA είναι βελτιστοποιημένα για να λειτουργούν με δεδομένα που λαμβάνονται από εξοπλισμό ελέγχου συγκεκριμένου κατασκευαστή.

• Οι διεπαφές για την ανταλλαγή δεδομένων με εξοπλισμό άλλων κατασκευαστών δεν εφαρμόζονται σωστά ή είναι δύσκολο να χρησιμοποιηθούν.

Ένα κλασικό παράδειγμα τέτοιου συστήματος είναι Siemens WinCC… Η χρήση τέτοιων ιδιόκτητων συστημάτων, αφενός, ελαχιστοποιεί το κόστος εκπαίδευσης των ειδικών ανάπτυξης λογισμικού, αλλά από την άλλη, δεσμεύει αυστηρά τόσο τον προγραμματιστή όσο και τον τελικό χρήστη του συστήματος με έναν συγκεκριμένο κατασκευαστή ή ακόμη και με έναν συγκεκριμένο σειρά εξοπλισμού από έναν κατασκευαστή.

Επιπλέον, ορισμένοι κατασκευαστές εξοπλισμού ελέγχου αναγκάστηκαν να αναπτύξουν τα δικά τους συστήματα SCADA για σκοπούς μάρκετινγκ χωρίς να παρέχουν στα προϊόντα λογισμικού τους το απαιτούμενο επίπεδο υποστήριξης και συντήρησης.

Τα συστήματα SCADA τρίτων είναι τα πιο ευέλικτα εργαλεία για τη δημιουργία εφαρμογών οπτικοποίησης και ελέγχου διεργασιών. Τα πλεονεκτήματά τους περιλαμβάνουν την υποστήριξη μεγάλου αριθμού λειτουργιών για τη δημιουργία αποκεντρωμένων και κατανεμημένων συστημάτων ελέγχου, καθώς και τη δυνατότητα ενσωμάτωσης εξοπλισμού διαφορετικών, συμπεριλαμβανομένων ανταγωνιστικών, κατασκευαστών σε ένα σύστημα.

Για την ανταλλαγή δεδομένων με εκτελεστικό εξοπλισμό, τέτοια συστήματα χρησιμοποιούν διακομιστές I/O λογισμικού που υλοποιούν διασυνδέσεις DDE ή OPC. Η εξάπλωση τέτοιων συστημάτων SCADA, καθώς και η ανάγκη συμμόρφωσης με τα πρότυπα εργαλείων αυτοματισμού, οδήγησε στο γεγονός ότι όλοι οι προγραμματιστές εξοπλισμού ελεγκτών έχουν το δικό τους Διακομιστές λογισμικού OPC ή DDE, τα οποία παραδίδονται ολοκληρωμένα με εξοπλισμό ή κατόπιν παραγγελίας.

Δεδομένου ότι το σύστημα προγραμματισμού από άκρο σε άκρο περιλαμβάνει την ανάπτυξη σταθμών χειριστή ως αναπόσπαστο μέρος του συστήματος ελέγχου, περιέχει πάντα ξεχωριστά στοιχεία του συστήματος SCADA. Ωστόσο, δεδομένου ότι ολόκληρο το σύστημα λειτουργεί ως σύνολο, αυτά τα στοιχεία μπορεί επίσης να είναι συστατικά άλλων μονάδων του συστήματος προγραμματισμού από άκρο σε άκρο ή μπορεί να είναι αδύνατο να διαχωριστεί το σύστημα SCADA στην καθαρή του μορφή σε προϊόν λογισμικού.

Τέτοια συστήματα έχουν τα ίδια πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα με τα συστήματα SCADA που αναπτύχθηκαν από κατασκευαστές ελεγκτών, λαμβάνοντας υπόψη δύο κύριες διαφορές:

• Τα συστήματα SCADA, τα οποία αποτελούν αναπόσπαστο μέρος των συστημάτων προγραμματισμού από άκρο σε άκρο, δεν έχουν ουσιαστικά καμία διαλειτουργικότητα με λογισμικό και υλικό άλλων κατασκευαστών.

• ο ρόλος του συστήματος SCADA σε τέτοιες εφαρμογές περιορίζεται στην ανάπτυξη μιας γραφικής διεπαφής.

Σύνθεση και δομή συστημάτων SCADA

Σύνθεση και δομή συστημάτων SCADA

Συνήθως, τα συστήματα SCADA αποτελούνται από δύο ξεχωριστά σύνολα προϊόντων λογισμικού: ένα περιβάλλον ανάπτυξης και ένα περιβάλλον εκτέλεσης.

Αναπτυξιακό περιβάλλον ονομάζεται το σύνολο με το οποίο σχεδιάζεται και διαμορφώνεται το περιβάλλον οπτικοποίησης της τεχνολογικής διαδικασίας.

Περιβάλλον κατά την εργασία — αυτό είναι ένα σύνολο προϊόντων λογισμικού που είναι απαραίτητα για την εργασία στο έργο του προγράμματος για την απεικόνιση της τεχνολογικής διαδικασίας στο σταθμό του χειριστή.

Ξεχωριστά, θα πρέπει να εξεταστεί το ζήτημα της αλληλεπίδρασης μεταξύ του περιβάλλοντος ανάπτυξης και του περιβάλλοντος χρόνου εκτέλεσης κατά τη διάρκεια της εργασίας με το ίδιο έργο του προγραμματιστή και του χειριστή:

1. Οι αλλαγές που έγιναν από τον προγραμματιστή τίθενται σε ισχύ αμέσως.

2. Ο χρόνος εκτέλεσης αντικατοπτρίζει τις αλλαγές που έγιναν όπως βρέθηκαν στον πηγαίο κώδικα του έργου.

3. Οι αλλαγές αντικατοπτρίζονται κατά το χρόνο εκτέλεσης κατά την επανεκκίνηση ή την επιβολή.

Η υλοποίηση του πρώτου τύπου αλληλεπίδρασης καθιστά δυνατή την επίδειξη των δυνατοτήτων του προϊόντος αρκετά ξεκάθαρα και αποτελεσματικά σε εμπορικές παρουσιάσεις και επομένως μερικές φορές εφαρμόζεται στα τελικά προϊόντα λογισμικού. Ωστόσο, όταν εργάζεστε με πραγματικά έργα, υπάρχει πιθανός κίνδυνος απώλειας μέρους της γραφικής διεπαφής ή δυναμικής κίνησης των στοιχείων ελέγχου. Από αυτή την άποψη, ο δεύτερος και ο τρίτος τύπος αλληλεπίδρασης ή ο συνδυασμός τους είναι οι πιο διαδεδομένοι.

Διακρίνονται τα ακόλουθα κύρια μέρη του συστήματος SCADA:

• βάση ετικέτας?

• μονάδα προβολής γραφικών.

• επεξεργαστής σεναρίου?

• σύστημα συναγερμού και προειδοποίησης·

• ενότητα για την αρχειοθέτηση παραμέτρων τεχνολογικής διαδικασίας.

Ετικέτα συστήματος SCADA Είναι ένα αντικείμενο για την αποθήκευση της τιμής μιας παραμέτρου τεχνολογικής διεργασίας και των ιδιοτήτων της. Οι ετικέτες μερικές φορές ονομάζονται λανθασμένα "μεταβλητές". Ταυτόχρονα, η έννοια της ετικέτας είναι πιο κοντά στον ορισμό μιας κλάσης σε αντικειμενοστρεφείς γλώσσες προγραμματισμού.

Η μονάδα γραφικής απεικόνισης υλοποιεί τη γραφική διεπαφή του έργου. Κατά κανόνα, μια γραφική διεπαφή είναι ένα σύνολο μορφών οθόνης με γραφικά στοιχεία τοποθετημένα πάνω τους. Το έργο της δημιουργίας μιας οθόνης περιορίζεται στην τοποθέτηση γραφικών στοιχείων σε σχήματα οθόνης και στον καθορισμό των ιδιοτήτων τους.

Κατά τη διαδικασία κλήσης, εμφάνισης και κλεισίματος φορμών οθόνης, όταν κάνετε κλικ σε γραφικά αντικείμενα, αλλάζετε ιδιότητες ή τιμές μεμονωμένων ετικετών, είναι απαραίτητο να εκτελείτε υπολογισμούς ή ενέργειες για τις οποίες υπάρχουν μηχανή σεναρίου… Τα σενάρια ονομάζονται επίσης «μακροεντολές» ή «σενάρια» σε ορισμένα συστήματα.

Τα περισσότερα σενάρια συστήματος SCADA που υλοποιούν τη γραφική διεπαφή αυτοματοποιημένων σταθμών εργασίας χειριστή είναι χειριστές κλικ του ποντικιού σε γραφικά στοιχεία.

Για σενάρια, τα συστήματα SCADA από διαφορετικούς κατασκευαστές προσφέρουν μία ή περισσότερες γλώσσες. Συστήματα που αναπτύχθηκαν από κατασκευαστές ελεγκτών ή ως μέρος συστημάτων προγραμματισμού από άκρο σε άκρο προσφέρουν συνήθως τις ίδιες γλώσσες προγραμματισμού για τη δημιουργία δέσμης ενεργειών με τη γραφή λογισμικό ελεγκτή… Τα συστήματα SCADA τρίτων προσφέρουν συχνά εξειδικευμένες γλώσσες δέσμης ενεργειών μακροεντολών.

Η χρήση γλωσσών προγραμματισμού γενικού σκοπού σάς επιτρέπει να εφαρμόσετε πολύπλοκες διεπαφές χρήστη και μη τυπικές μεθόδους εργασίας με δεδομένα με πρόσβαση σε πρόσθετες βιβλιοθήκες και API.

Ταυτόχρονα, ο προγραμματιστής πρέπει σε κάθε περίπτωση να μελετήσει βιβλιοθήκες λειτουργιών για εργασία με στοιχεία του συστήματος SCADA, με τον ίδιο τρόπο που μελετώνται οι γλώσσες μακροεντολών και ο κώδικας που εφαρμόζεται μπορεί να είναι δυνητικά επικίνδυνος ή να κληρονομήσει σφάλματα από λειτουργίες τρίτων βιβλιοθήκες.

Σύστημα συναγερμού προορίζεται να ειδοποιήσει τον χειριστή για την τιμή της παραμέτρου διεργασίας εκτός των επιτρεπόμενων ορίων. Κατά κανόνα, για κάθε τεχνολογική παράμετρο, μπορούν να οριστούν 2 τύποι ρυθμίσεων σύμφωνα με τους οποίους θα εμφανίζεται η ειδοποίηση: αντίστοιχα, ρυθμίσεις έκτακτης ανάγκης και προειδοποίησης.

Ανάλογα με τις δυνατότητες του συστήματος, αυτές οι ρυθμίσεις ορίζονται σύμφωνα με ένα ή περισσότερα κριτήρια:

• Εκτός εμβέλειας. Σε αυτή την περίπτωση υπάρχουν: άνω και κάτω τιμές προειδοποίησης και ανώτερες και κάτω τιμές συναγερμού.

• Απόκλιση από την ονομαστική τιμή κάποιας τιμής. Κατανείμετε τις ελάχιστες και μέγιστες επιτρεπόμενες αποκλίσεις από την καθορισμένη τιμή.

• Ρύθμιση του μέγιστου επιτρεπόμενου ρυθμού αλλαγής της τιμής της παραμέτρου διεργασίας. Οι τιμές των επιτρεπόμενων ρυθμίσεων εύρους καθορίζονται σε απόλυτες μονάδες και η απόκλιση από την ονομαστική και τον ρυθμό μεταβολής μπορεί να καθοριστεί τόσο σε απόλυτες μονάδες όσο και ως ποσοστό της τρέχουσας τιμής ή της τιμής σημείου ρύθμισης.

Λόγω του γεγονότος ότι για μία τεχνολογική διεργασία ο αριθμός των παραμέτρων για τις οποίες ορίζονται σημεία έκτακτης ανάγκης και προειδοποίησης μπορεί να είναι μεγάλος, στα συστήματα SCADA είναι δυνατός ο συνδυασμός των τεχνολογικά ελεγχόμενων παραμέτρων σε ομάδες, καθώς και ο καθορισμός του επιπέδου προτεραιότητας για οποιαδήποτε σημείο ρύθμισης.

Το κύριο καθήκον εφεδρική μονάδα — παροχή της δυνατότητας εμφάνισης γραφημάτων τεχνολογικών παραμέτρων (Trends) στην οθόνη της οθόνης για σχετικά σύντομο χρονικό διάστημα, καθώς και δημιουργία απλών αναφορών. Η ενότητα για την αρχειοθέτηση των τιμών του συστήματος SCADA θα πρέπει να παρέχει τις ακόλουθες λειτουργίες:

• αρχειοθέτηση τιμών σε τοπική βάση δεδομένων με συγκεκριμένη συχνότητα ή αλλαγή.

• κατά την αρχειοθέτηση τιμών κατά την αλλαγή — δυνατότητα ορισμού νεκρής ζώνης για αρχειοθέτηση.

• ορίστε ένα όριο μεγέθους τοπικής βάσης δεδομένων.

• ρύθμιση του χρόνου αποθήκευσης τιμών.

• εκτελέστε τακτική συντήρηση για να αφαιρέσετε τις παλιές ή τις παλαιότερες τιμές όταν ο χρόνος αποθήκευσης ή το μέγεθος της βάσης δεδομένων υπερβεί την αυτόματη λειτουργία.

• διαθεσιμότητα μιας διεπαφής για τη δημιουργία γραφημάτων των αρχειακών τιμών και την προβολή τους.

• διαθεσιμότητα ενός συστήματος για την εξαγωγή τιμών παραμέτρων για την καθορισμένη περίοδο με τη μορφή πίνακα τιμών.