Andmehõive ja tööjuhtimissüsteemid (SCADA süsteemid)

Mõiste Supervisory Control and Data Acquisition System ehk SCADA süsteem ilmus 1980. aastate lõpus. XX sajand. samaaegselt esimeste katsetega kasutada personaalarvuteid, millele on operaatorikonsoolidena installitud graafilised rakendused.

Esimesed SCADA-süsteemid töötati välja DOS-i või Unixi operatsioonisüsteemide jaoks ja olid üsna tagasihoidlike võimalustega, seda nii riistvara riistvaraliste piirangute kui ka operatsioonisüsteemide graafiliste võimaluste tõttu. SCADA süsteemid said laialt levinud samaaegselt graafiliste liideste, nagu Windows 3.11, X-Windows, Phantom ja riistvara ilmumisega, mis võimaldab saavutada vajalikku protsesside täitmise kiirust multitegumtöötlusrežiimides.

SCADA süsteemide kui tipptasemel tarkvaraarenduse tööriistade esilekerkimise põhjus on sarnane selliste süsteemide nagu Borland Delphi ja teiste visuaalsete programmeerimissüsteemide tekkimise põhjustega.Nende põhiülesanne on vabastada tarkvaraarendajad tavaliideste ja -funktsioonide kirjeldamise rutiinsest ja tõepoolest kasutust koormast. Samal ajal tuleb mõista, et SCADA süsteemide kasutamine ei tähenda arendaja kvalifikatsiooni nõuete vähendamist, nagu nad üritavad ette kujutada.

Eristage süsteeme MMI (Man Machine Interface) ja SCADA, kuna nad mõlemad arenesid edukalt üksteisest sõltumatult, hõivates seadmeturul erinevaid nišše HMI (inimese masina liides).

MMI-süsteemid on tegelikult üksikute seadmete või tehnoloogiliste installatsioonide lokaalsed juhtpaneelid, mis on varustatud tähtnumbriliste ekraanide ja klaviatuuridega või graafiliste, tavaliselt puutetundlike ekraanidega.

Enamasti realiseeritakse MMI-seade spetsiaalse kontrolleri abil ja selle tarkvaraosa ei tähenda täiendavaid muudatusi ega muudatusi.

Samal ajal hõlmavad SCADA süsteemid standardsete personaalarvutite ja operatsioonisüsteemide kasutamist, neid kasutatakse suurte tehnoloogiliste protsesside haldamise protsessi automatiseerimiseks, millesse on kaasatud suur hulk juhtseadmeid ja tehnoloogilisi üksusi, ning toetavad ka võimalust hajutatud rakenduste juurutamine (kasutades mitut operaatorikonsooli) …

MMI ja SCADA süsteemide vahele on võimatu tõmmata selget piiri, kuna eksisteerivad otspunktid programmeerimissüsteemid, milles sageli ei tehta vahet erinevate juhtimissüsteemi tasandite tarkvaraarenduse tööriistade vahel.

SCADA süsteemide eesmärki ja funktsionaalset koostist kirjeldava ühtse standardi puudumine ning termini "SCADA" tõlgenduste erinevus muudab selle klassi süsteemide klassifitseerimise ja võrdlemise keeruliseks.

Eristada saab järgmisi SCADA süsteemide põhirühmi:

• kontrollerite tootjate poolt välja töötatud SCADA süsteemid;

• sõltumatute tootjate poolt välja töötatud SCADA süsteemid;

• SCADA süsteemid on täielike programmeerimissüsteemide komponendid.

Kontrolleriseadmete tootja ülesandeks oma SCADA süsteemi väljatöötamisel on pakkuda lõppkasutajale tööriist visualiseerimisrakenduste arendamiseks, kasutades selle tootja kontrollereid.

Selliste süsteemide peamised omadused on järgmised:

• nende süsteemide liides kordab kontrolleri seadmete tarkvara kirjutamisvahendite liidest;

• SCADA süsteemi komponendid on optimeeritud töötama konkreetse tootja juhtimisseadmetelt saadud andmetega;

• Andmevahetuse liidesed teiste tootjate seadmetega on halvasti rakendatud või raskesti kasutatavad.

Klassikaline näide sellisest süsteemist on Siemens WinCC… Selliste patenteeritud süsteemide kasutamine minimeerib ühest küljest tarkvaraarenduse spetsialistide koolitamise kulusid, kuid teisest küljest seob see nii süsteemi arendaja kui ka lõppkasutaja rangelt konkreetse tootja või isegi konkreetse tootjaga. ühe tootja varustussari.

Lisaks olid mitmed juhtimisseadmete tootjad sunnitud turunduseesmärkidel välja töötama oma SCADA-süsteeme, pakkumata oma tarkvaratooteid vajalikul tasemel tuge ja hooldust.

Kolmanda osapoole SCADA süsteemid on kõige paindlikumad tööriistad protsesside visualiseerimise ja juhtimisrakenduste loomiseks. Nende eelisteks on suure hulga funktsioonide tugi detsentraliseeritud ja hajutatud juhtimissüsteemide loomiseks, samuti võimalus integreerida erinevate, sealhulgas konkureerivate tootjate seadmeid ühte süsteemi.

Andmete vahetamiseks juhtseadmetega kasutavad sellised süsteemid tarkvara sisend-/väljundservereid, mis rakendavad DDE- või OPC-liideseid. Selliste SCADA süsteemide levik ja vajadus järgida automatiseerimistööriistade standardeid viis selleni, et kõigil kontrolleriseadmete arendajatel on oma OPC või DDE tarkvaraserverid, mis tarnitakse komplektina koos varustusega või tellimisel.

Kuna end-to-end programmeerimissüsteem sisaldab juhtimissüsteemi lahutamatu osana operaatorijaamade arendamist, sisaldab see alati SCADA süsteemi eraldi komponente. Kuna aga kogu süsteem toimib tervikuna, võivad need komponendid olla ka ots-otsani programmeerimissüsteemi teiste moodulite komponendid või võib olla võimatu SCADA-süsteemi puhtal kujul tarkvaratooteks eraldada.

Sellistel süsteemidel on samad eelised ja puudused nagu kontrollerite tootjate poolt välja töötatud SCADA süsteemidel, võttes arvesse kahte peamist erinevust:

• SCADA süsteemid, mis on terviklike programmeerimissüsteemide lahutamatu osa, praktiliselt ei oma koostalitlusvõimet teiste tootjate tarkvara ja riistvaraga;

• SCADA süsteemi roll sellistes rakendustes piirdub graafilise liidese arendamisega.

SCADA süsteemide koostis ja struktuur

SCADA süsteemide koostis ja struktuur

Tavaliselt koosnevad SCADA-süsteemid kahest eraldi tarkvaratoodete komplektist: arenduskeskkonnast ja täitmiskeskkonnast.

Arenduskeskkond nimetatakse komplektiks, mille abil kujundatakse ja konfigureeritakse tehnoloogilise protsessi visualiseerimise keskkond.

Keskkond töö ajal — see on tarkvaratoodete komplekt, mis on vajalik operaatorijaamas tehnoloogilise protsessi visualiseerimise programmi projektiga töötamiseks.

Eraldi tuleks käsitleda arenduskeskkonna ja käituskeskkonna vahelise koostoime küsimust arendaja ja operaatori sama projektiga töötamise ajal:

1. Arendaja tehtud muudatused jõustuvad kohe.

2. Käitusaeg kajastab tehtud muudatusi, nagu on leitud projekti lähtekoodist.

3. Muudatused kajastuvad käitusajal taaskäivitamisel või jõustamisel.

Esimest tüüpi interaktsiooni rakendamine võimaldab toote võimalusi üsna selgelt ja tõhusalt demonstreerida kommertsesitlustes ning seetõttu rakendatakse seda mõnikord ka lõpptarkvaratoodetes. Reaalsete projektidega töötades on aga potentsiaalne oht, et osa graafilisest liidesest jääb puudu või juhtelementide dünaamiline liikumine. Sellega seoses on teine ​​ja kolmas interaktsioonitüüp või nende kombinatsioon kõige levinumad.

SCADA süsteemist saab eristada järgmisi põhiosi:

• sildi alus;

• graafiline kuvamoodul;

• skriptiprotsessor;

• häire- ja hoiatussüsteem;

• moodul tehnoloogilise protsessi parameetrite arhiveerimiseks.

SCADA süsteemi silt On objekt tehnoloogilise protsessi parameetri väärtuse ja selle omaduste salvestamiseks. Silte nimetatakse mõnikord valesti "muutujateks". Samas on sildi mõiste objektorienteeritud programmeerimiskeelte klassi määratlusele kõige lähemal.

Graafilise kuva moodul rakendab projekti graafilist liidest. Reeglina on graafiline liides ekraanivormide kogum, millele on paigutatud graafilised elemendid. Ekraani loomise ülesanne taandub graafiliste elementide paigutamisele ekraanikujunditele ja nende omaduste seadistamisele.

Ekraanivormide helistamise, kuvamise ja sulgemise protsessis, graafilistel objektidel klõpsamisel, üksikute siltide omaduste või väärtuste muutmisel on vaja teha arvutusi või toiminguid, mille jaoks on olemas skriptimootor... Mõnes süsteemis nimetatakse skripte ka "makrodeks" või "skriptideks".

Enamik SCADA süsteemi skripte, mis rakendavad automatiseeritud operaatoritööjaamade graafilist liidest, on graafiliste elementide hiireklõpsuga töötlejad.

Skriptide jaoks pakuvad erinevate tootjate SCADA süsteemid ühte või mitut keelt. Süsteemid, mis on välja töötatud kontrollerite tootjate poolt või osana täisprogrammeerimissüsteemidest, pakuvad tavaliselt skriptimiseks samu programmeerimiskeeli kui kirjutamiseks kontrolleri tarkvara… Kolmanda osapoole SCADA süsteemid pakuvad sageli spetsiaalseid makro skriptikeeli.

Üldotstarbeliste programmeerimiskeelte kasutamine võimaldab teil rakendada keerukaid kasutajaliideseid ja mittestandardseid meetodeid andmetega töötamiseks, pääsedes juurde täiendavatele teekidele ja API-dele.

Samal ajal peab arendaja igal juhul uurima funktsiooniteeke SCADA-süsteemi komponentidega töötamiseks, samamoodi nagu makrokeeli uuritakse, ning rakendatud kood võib olla potentsiaalselt ohtlik või pärida vead kolmanda osapoole funktsioonist. raamatukogud .

Hoiatussüsteem eesmärk on teavitada operaatorit protsessiparameetri väärtusest väljaspool lubatud piire. Reeglina saab iga tehnoloogilise parameetri jaoks määrata 2 tüüpi seadeid, mille järgi teatis kuvatakse: vastavalt hädaolukorra ja hoiatusseaded.

Sõltuvalt süsteemi võimalustest määratakse need sätted ühe või mitme kriteeriumi järgi:

• Ulatusest väljas. Sel juhul on olemas: ülemised ja alumised hoiatusväärtused ning ülemised ja alumised häireväärtused.

• Hälve mõne väärtuse nimiväärtusest. Jaotage minimaalsed ja suurimad lubatud kõrvalekalded seatud väärtusest.

• Protsessi parameetri väärtuse maksimaalse lubatud muutumiskiiruse määramine. Lubatud vahemiku seadistuste väärtused määratakse absoluutühikutes ning kõrvalekaldeid nominaalväärtusest ja muutuse kiirusest saab määrata nii absoluutühikutes kui ka protsendina praegusest või seadeväärtusest.

Kuna ühe tehnoloogilise protsessi jaoks võib parameetrite arv, millele seatakse avarii- ja hoiatusväärtused olla suur, on SCADA süsteemides võimalik kombineerida tehnoloogiliselt juhitud parameetreid rühmadesse, samuti seada mis tahes prioriteedi tase. Vali koht.

Peamine ülesanne varumoodul — võimaluse pakkumine monitori ekraanil tehnoloogiliste parameetrite (Trendide) graafikute kuvamiseks suhteliselt lühikese aja jooksul, samuti lihtsate aruannete koostamine. SCADA süsteemi väärtuste arhiveerimise moodul peaks pakkuma järgmisi funktsioone:

• väärtuste arhiveerimine kohalikus andmebaasis teatud sageduse või muutusega;

• väärtuste arhiveerimisel muutumisel - võimalus seada arhiveerimiseks surnud tsoon;

• määrata kohaliku andmebaasi suuruse piirang;

• väärtuste salvestamise aja määramine;

• teostama rutiinset hooldust, et eemaldada aegunud või kõige varasemad väärtused, kui salvestusaeg või andmebaasi suurus on automaatrežiimis ületatud;

• liidese olemasolu arhiiviväärtuste graafikute koostamiseks ja nende vaatamiseks;

• parameetrite väärtuste eksportimise süsteemi olemasolu määratud perioodiks väärtuste tabeli kujul.