Глава 1. Выбор программных средств асутп

Общие положения

Современная АСУТП (автоматизированная система управления технологическим процессом) представляет собой многоуровневую человеко-машинную систему управления с использованием автоматических систем сбора данных и вычислительных комплексов.

Диспетчер в многоуровневой АСУТП получает информацию с монитора ЭВМ и воздействует на объекты, находящиеся от него на значительном расстоянии с помощью телекоммуникационных систем, контроллеров.

Технологические процессы в энергетике, нефтегазовой и ряде других отраслей промышленности являются потенциально опасными и при возникновении аварий приводят к человеческим жертвам, а также к значительному ущербу. По статистике за тридцать лет число учтенных аварий удваивается примерно каждые десять лет. В 60-х годах ошибка человека была первоначальной причиной аварий лишь в 20% случаев, тогда как к концу 80-х доля "человеческого фактора" стала приближаться к 80 %. Одна из причин этой тенденции - низкая эффективность человеко-машинного интерфейса (ЧМИ, HMI, MMI).

Концепция SCАDA (Supervisory Control And Data Acquisition - диспетчерское управление и сбор данных) в настоящее время является основным и наиболее перспективным методом автоматизированного управления сложными динамическими системами (процессами).

SCADA-система представляет собой специализированное программное обеспечение, осуществляющее двухстороннюю связь оператора технологического процесса (диспетчера) с АСУ ТП. Достоинствами SCADА являются дружественность ЧМИ, полнота и наглядность представляемой информации, удобство пользования средствами управления, что повышает эффективность взаимодействия диспетчера с АСУТП и снижает вероятность возникновения ошибок управлении.

Управление ТП на основе SCADA стало осуществляться в западных странах в 80-е годы в первую очередь на сложных объектах электро- и водоснабжения, химических и нефтеперерабатывающих производствах, железнодорожный транспорт, транспорте нефти и газа и др.

В России диспетчерское управление опиралось на опыт диспетчерского персонала. Поэтому переход к управлению на основе SCADA-систем стал осуществляться в 1990-х г.г. Каждая SCADA-система - это собственность компании и поэтому данные о той или иной системе ограничены, что затрудняет их сравнение и адекватную оценку их характеристик.

Выбор SCADA-системы представляет собой трудную задачу, аналогичную принятию решений в условиях многокритериальности, усложненную невозможностью количественной оценки ряда критериев из-за недостатка информации.

Особенности SCADA в процессе управления

Ниже перечисленные некоторые характерные особенности процесса управления в современных диспетчерских системах

1) В системах SCADA обязательно наличие человека (оператора, диспетчера);

2) Любое неправильное воздействие может привести к отказу (потере) объекта управления или даже катастрофическим последствиям;

3) Диспетчер несет, как правило, общую ответственность за управление системой, которая, при нормальных условиях, только изредка требует подстройки параметров для достижения оптимального функционирования;

4) Большую часть времени диспетчер пассивно наблюдает за отображаемой информацией. Активное участие диспетчера в процессе управления происходит нечасто, обычно в случае наступления критических событий - отказов, аварийных и нештатных ситуаций и пр.;

5) Действия оператора в критических ситуациях могут быть жестко ограничены по времени (несколькими минутами или даже секундами).

 

Архитектура АСУ ТП

 

Обобщенная схема АСУТП, представлена на рис. Как правило, это двух или трех уровневые системы, так как именно на этих уровнях реализуется непосредственное управление технологическими процессами.

 

1) Нижний уровень - уровень объекта (контроллерный) - включает различные датчики, электроприводы и исполнительные механизмы для реализации регулирующих и управляющих воздействий. Датчики поставляют информацию локальным ПЛК, которые выполняют следующие функции:

а) сбор и обработка данных о параметрах технологического процесса;

б) управление электроприводами и другими исполнительными механизмами;

в) решение задач автоматического логического управления и др.

Так как информация в контроллерах предварительно обрабатывается и частично используется на месте, существенно снижаются требования к пропускной способности сети.

К аппаратно-программным средствам контроллерного уровня управления предъявляются жесткие требования по надежности, времени реакции на внешние события, поступающие от объекта.

Для критичных с этой точки зрения объектов рекомендуется использовать контроллеры с ОСРВ, функционирующими в режиме жесткого реального времени. Разработка, отладка и исполнение программ управления контроллерами осуществляется с помощью специализированного ПО, например, ISaGRAF.

2) Средний уровень. Информация с локальных контроллеров направляется в сеть диспетчерского пункта непосредственно или через контроллеры верхнего уровня (концентраторы, интеллектуальные или коммуникационные контроллеры) которые реализуют следующие функции:

а) сбор и обработка данных с локальных контроллеров;

б) поддержание единого времени в системе и синхронизация работы подсистем;

в) организация архивов по выбранным параметрам;

г) связь разнородных сетей и обмен данными между нижним и верхним уровнем;

д) работа в автономном режиме при нарушениях связи с верхним уровнем;

е) резервирование каналов передачи данных и др.

 

3) Верхний уровень. Диспетчерский пункт включает, одну или несколько станций управления, представляющих собой автоматизированное рабочее место (АРМ) диспетчера, сервер базы данных, и т. д. Часто в качестве рабочих станций используются ПК. Станции управления предназначены для отображения хода процесса и оперативного управления. Эти задачи призваны решать SCADA - системы.

 

Функции SCADA-систем:

а) автоматизированная разработка ПО АСУ ТП для конкретного объекта;

б) сбор, обработка и хранение данных, полученных от устройств нижнего уровня;

в) визуализация данных в виде мнемосхем, графиков и т.п. и диспетчерское управление;

г) автоматическое управление ТП ("медленное" управление).

д) сигнализация о неисправности оборудования и нарушении хода процессов;

е) формирование оперативных и итоговых отчетных документов.

Разработка SCADA-системы

Существует 2 пути разработки специализированного ПО для создания SCADA-системы:

1) Программирование с использованием "традиционных" средств (традиционные языки программирования, стандартные средства отладки и пр.) Целесообразен для простых систем или небольших фрагментов большой системы, для которых нет стандартных решений (не написан, например, драйвер). Но для реализации этого варианта требуется наличие в штате компании специалистов необходимого уровня и значительные временные затраты. Возможно попадание в зависимость от способных поддержать разработку и развитие.

2) Использование коммерческих инструментальных проблемно-ориентированных средств. Целесообразен для сложных распределенных систем. Позволяет минимизировать затраты труда высококлассных программистов, по возможности привлекая к разработке специалистов-технологов в области автоматизируемых процессов.

Программные продукты класса SCADA широко представлены на мировом рынке. Это несколько десятков SCADA - систем, многие из которых нашли свое применение и в России. Наиболее популярные из них приведены ниже:

 

SCADA	Разработчик	Страна
Сimplicity	GE Fanuc Automation	США
Citect	CI Technology	Австралия
Genesis	Iconics	США
InTouch	Wonderware	США
MasterSCADA	InSAT	Россия
TraceMode	AdAstra	Россия
WinCC	Siemens	Германия
КРУГ2000	НПО "Круг"	Россия

 

К преимуществам отечественных SCADA-систем можно отнести бОльшую приспособленность к российским условиям, удобную техническую поддержку и, как правило, низкую стоимость по сравнению с зарубежными аналогами.

 

После выбора SCADA - системы, начинается разработка АСУТП для конкретного объекта, включающая следующие этапы:

1) Разработка архитектуры АСУТП в целом. На этом этапе определяется функциональное назначение каждого узла системы.

2) Решение вопросов, связанных с возможной поддержкой распределенной архитектуры.

3) Создание прикладной программы для каждого узла, т.е. написание алгоритмов, совокупность которых позволяет решать задачи автоматизации.

4) Связь прикладной программы c устройствами нижнего уровня (ПЛК, УСО.)

5) Отладка созданной прикладной программы в режиме эмуляции.

Выбор SCADA-систем

 

Необходимо выяснить:

1) Насколько эффективно конкретная SCADA решает задачи взаимодействия АРМ с УСО, характерными для конкретного объекта управления (имеются ли не-обходимые драйверы). При этом SCADA ни в коей мере не должна ограничивать выбор технических средств автоматизации;

2) Насколько эффективно реализуются возможности создания многоуровневых структур с использованием промышленных шин, вычислительной сети, современных средств связи и Интернет, если это важно для конкретного ОУ;

3) Насколько эффективно решаются задачи, характерные для конкретного ОУ. Например, если ОУ имеет большое количество однородных структур, то важны возможности конкретной SCADA в части простоты тиражирования отработанных программных решений. Во многих случаях далее это качество при прочих равных условиях может стать определяющим.

 

В целом выбор SCADA осуществляется на основе технических, экономических и эксплуатационных характеристик

 

Технические характеристики

1) Поддерживаемые программно-аппаратные платформы. Большинство SCADA-систем реализовано на Windows платформах. Учитывая позиции Microsoft на рынке ОС, следует отметить, что даже разработчики многоплатформных SCADA, приоритетным считают развитие своих систем на платформе Windows. Некоторые имеют широкий список поддерживаемых платформ: DOS, MS Windows, OS/2, Linux и др. В RealFlex и Sitex основу программной платформы принципиально составляет ОСРВ QNX.

2) Наличие средств сетевой поддержки. Для эффективного функционирования в разнородной среде SCADA должна иметь поддержку работы в стандартных сетевых средах (Ethernet, промышленные и т.д.) с использованием стандартных протоколов (TCP/IP и др.).

3) Встроенные командные языки. Большинство SCADA-систем имеют встроенные языки высокого уровня типа VBA, позволяющие генерировать адекватную реакцию на события. Некоторые SCADA поддерживают языки МЭК 61131-3 для программирования задействованных в проекте контроллеров.

4) Поддерживаемые базы данных. Одной из основных задач SCADA является обработка данных: сбор, оперативный анализ, хранение, и т. д. Таким образом, в рамках создаваемой системы должна функционировать база данных. Практически все SCADA-системы, используют интерфейс ODBC для доступа к базам данных с языком запросов SQL.

5) Графические возможности. В каждой SCADA существует графический объектно-ориентированный редактор с определенным набором анимационных функций. Используемая векторная графика дает возможность осуществлять широкий набор операций над выбранным объектом, а также быстро обновлять изображение на экране, используя средства анимации. Важна поддержка стандартных функций GUI (Graphic Users Interface).

6) Открытость систем. Система является открытой, если для нее определены и описаны используемые форматы данных и процедурный интерфейс, что позволяет подключить к ней "внешние", независимо разработанные компоненты. Открытая система должна поддерживать: стандартные ОС, сети, протоколы, веб-технологии, обмен данными.

Современные SCADA-системы предоставляют набор драйверов к существующим устройствам нижнего уровня и имеют средства создания собственных драйверов.