Диспетчеризация и управление

В некоторых отраслях промышленности, существует значительная неопределенность в различиях между SCADA системами и распределенными системами управления (DCS, англ. Distributed Control System — распределённая система управления). Вообще говоря, понятие SCADA обычно применяется к системе, которая координирует, но не управляет процессами в режиме реального времени. Дискуссия по управлению в реальном времени замутнена усовершенствованием телекоммуникационных технологий. Это дает надежный, с малыми задержками, высокоскоростной обмен данными на большие расстояния. Большинство различий между SCADA и DCS установлено человеком и обычно может игнорироваться. По мере развития инфраструктуры коммуникации различия между SCADA и DCS стираются.

Концепции систем

Термин SCADA обычно относится к централизованным системам контроля и управления всей системой, или комплексами систем, расположенных на больших областях (между промышленной установкой и потребителем). Большинство управляющих воздействий выполняется автоматически RTU или ПЛК. Первостепенные функции управления обычно ограничиваются по уровням отмены или контролирующему вмешательству. Например, PLC может управлять потоком охлаждающей воды внутри части производственного процесса, а SCADA система может позволить операторам изменять уставку для потока, и установить условия сигнализации, такие как — потеря потока и высокая температура, которые должны быть отображены и записаны. Цикл управления с обратной связью проходит через RTU или ПЛК, в то время как SCADA система контролирует полное выполнение цикла.

Сбор данных начинается в RTU или на уровне PLC и включает — показания измерительного прибора и отчеты об отказе оборудования (алармы или тревоги), соединенного со SCADA, по мере надобности. Далее данные собираются и форматируются таким способом, чтобы оператор диспетчерской, используя HMI мог принять контролирующие решения — корректировать или прервать стандартное управление средствами RTU/ ПЛК. Данные могут также быть помешены в Историю, часто основанную на СУБД, для построения трендов и другой аналитической обработки накопленных данных.

Системы SCADA обычно оснащаются распределенной базой данных, часто называемой базой данной тэгов. Эта база содержит элементы данных, названные тэгами или точками. Точка представляет собой единичный ввод или вывод, значения которого контролируют или регулируют в системе. Точки могут быть или аппаратной (hard) или программной (soft). Аппаратная («hard») точка представляет собой фактический ввод или вывод в пределах системы, в то время как точка «soft» — результат математических и логических операций с другими точками. (Большинство реализаций систем снимает концептуальное различие между «soft» и «hard» точками, делая каждое свойство в выражении точкой «soft», которая может, в самом простом случае, равняться единичной аппаратной точке). Точки обычно сохраняются как пары значения-штамп_времени: значение, и штамп времени — то время, когда событие было зарегистрировано или вычислено. Серия пар значение-штамп_времени представляет собой хронологию данной точки. Также распространено сохранение дополнительных метаданных с тэгами, такими как путь до полевого устройства или регистра ПЛК, комментарии во время разработки, и сигнальная информация.

Основные задачи

SCADA-системы решают ряд задач:

• Обмен данными с УСО (устройства связи с объектом, то есть с промышленными контроллерами и платами ввода/вывода) в реальном времени через драйверы.
• Обработка информации в реальном времени.
• Отображение информации на экране монитора в удобной и понятной для человека форме.
• Ведение базы данных реального времени с технологической информацией.
• Аварийная сигнализация и управление тревожными сообщениями.
• Подготовка и генерирование отчетов о ходе технологического процесса.
• Осуществление сетевого взаимодействия между SCADA ПК.
• Обеспечение связи с внешними приложениями (СУБД, электронные таблицы, текстовые процессоры и т. д.). В системе управления предприятием такими приложениями чаще всего являются приложения, относимые к уровню MES.

SCADA-системы позволяют разрабатывать АСУ ТП в клиент-серверной или в распределенной архитектуре.

Иногда SCADA-системы комплектуются дополнительным ПО для программирования промышленных контроллеров. Такие SCADA-системы называются интегрированными и к ним добавляют термин SoftLogіс.

Термин SCADA имеет двоякое толкование. Наиболее широко распространено понимание SCADA как приложения^[2], то есть программного комплекса, обеспечивающего выполнение указанных функций, а также инструментальных средств для разработки этого программного обеспечения. Однако, часто под SCADA-системой подразумевают программно-аппаратный комплекс. Подобное понимание термина SCADA более характерно для раздела телеметрия.

Значение термина SCADA претерпело изменения вместе с развитием технологий автоматизации и управления технологическими процессами. В 80-е годы под SCADA-системами чаще понимали программно-аппаратные комплексы сбора данных реального времени. С 90-х годов термин SCADA больше используется для обозначения только программной части человеко-машинного интерфейса АСУ ТП.

[ править ] WebSCADA

Под термином WebSCADA, как правило, понимается реализация человеко-машинного интерфейса (HMI) SCADA-систем на основе web-технологий.

Это позволяет осуществлять контроль и управление SCADA-системой через стандартный браузер, выступающего в этом случае в роли тонкого клиента.

Архитектура таких систем включает в себя WebSCADA-сервер и клиентские терминалы — ПК, КПК или мобильные телефоны с Web-браузером. Подключение клиентов к WebSCADA-серверу через Internet/Intranet позволяет им взаимодействовать с прикладной задачей автоматизации как с простой web или WAP-страницей. Примерами таких SCADA систем могут служить индонезийская IntegraXor (в России не продается). Однако на данном этапе развития WebSCADA еще не достигло уровня широкого промышленного внедрения, т.к. существуют сложности с защитой передаваемой информации. Кроме этого, реализация функций управления через незащищенные каналы связи противоречит соображениям безопасности любого промышленного объекта. В связи с этим, в большинтсве случаев Web интерфейсы используются в качестве удаленных клиентов для контроля и сбора данных.

OpenSCADA — свободная система диспетчерского контроля и сбора данных (SCADA-система). Основными свойствами системы являются: открытость, многоплатформенность, модульность и масштабируемость. Система OpenSCADA предназначена для сбора, архивирования, визуализации информации, выдачи управляющих воздействий, а также других родственных операций, характерных для полнофункциональной SCADA-системы.

Области применения

Система OpenSCADA предназначена для выполнения как обычных функций SCADA-систем, так и для использования в смежных областях информационных технологий.

Система OpenSCADA может использоваться:

• на промышленных объектах, в качестве полнофункциональной SCADA-системы;
• во встраиваемых системах, в качестве среды исполнения (в том числе и в ПЛК);
• для построения различных моделей (технологических, химических, физических, электрических процессов) с последующим моделированием;
• на персональных компьютерах, серверах и кластерах для сбора, обработки, представления и архивации информации о системе и её окружении.

Архитектура

Основой системы является модульное ядро.

В зависимости от того, какие модули подключены, система может выполнять как функции различных серверов, так и функции клиентов клиент-серверной архитектуры. Архитектура системы позволяет реализовывать распределённые клиент-серверные системы любой сложности.

Для достижения высокого быстродействия, за счёт сокращения времени коммуникаций, архитектура объединяет функции распределённых систем в одной программе.

Архитектурно система OpenSCADA состоит из следующих подсистем.

• Подсистема безопасности — Содержит списки пользователей и групп пользователей, обеспечивает проверку прав на доступ к элементам системы и т. д.
• Подсистема баз данных — Обеспечивает доступ к базам данных.
• Подсистема транспортов — Обеспечивает коммуникацию с внешней средой посредством различных коммуникационных интерфейсов.
• Подсистема коммуникационных протоколов обмена. Тесно связана с подсистемой транспортов и обеспечивает поддержку различных протоколов обмена с внешними системами.
• Подсистема сбора данных (DAQ) — Обеспечивает сбор данных от внешних источников: контроллеров, датчиков и т.д, также может предоставлять среду для написания генераторов данных (модели, регуляторы и пр.).
• Подсистема архивов — Содержит архивы двух типов: архивы сообщений и архивы значений; способ архивирования определяется алгоритмом, который заложен в модуле архивирования.
• Подсистема пользовательских интерфейсов — Содержит функции пользовательских интерфейсов.
• Подсистема управление модулями — Обеспечивает контроль над модулями.
• Подсистема специальных функций — Содержит функции, не вошедшие в остальные подсистемы, в настоящий момент к этим функциям относятся функции тестирования.

Исходя из принципа модульности, подсистемы могут расширять свою функциональность путём подключения модулей соответствующего типа.

Модульное ядро системы OpenSCADA выполняется в виде статической и совместно используемой библиотек. Это позволяет встраивать функции системы в существующие программы, а также создавать новые программы на основе модульного ядра системы OpenSCADA. Модульное ядро является самодостаточным и может использоваться посредством простой запускающей программы.

Модули системы OpenSCADA хранятся в динамических библиотеках. Каждая динамическая библиотека может содержать множество модулей различного типа. Наполнение динамических библиотек модулями определяется функциональной связностью самих модулей. Динамические библиотеки допускают горячую замену, что позволяет производить обновление модулей в процессе работы. Метод хранения кода модулей в динамических библиотеках является основным для системы OpenSCADA, поскольку поддерживается практически всеми современными операционными системами.

Автоматизированная система управления предприятием (АСУП) — комплекс программных, технических, информационных, лингвистических, организационно-технологических средств и действий квалифицированного персонала, предназначенный для решения задач планирования и управления различными видами деятельности предприятия, частный случай автоматизированной системы управления (АСУ).

История АСУП

История развития отечественных автоматизированных систем управления (АСУ) начинается в 60-х годах ХХ столетия^[1]. Первой была разработана и внедрена АСУ Львовского телевизионного завода — АСУ «Львов». Работы на Львовском телевизионном заводе начались еще в 1963 году. Группу сотрудников Института кибернетики АН УССР возглавил Владимир Ильич Скурихин.

Дальнейшее развитие АСУ осуществлялось в направлении создания комплексных АСУ, интегрированных систем управления. Это системы РАСУ, ОГАС, АСУНТ и другие^[2].

Состав АСУП

АСУП производственного предприятия, как правило, включает в себя подсистемы управления:

• складами
• поставками
• персоналом
• финансами
• конструкторской и технологической подготовкой производства
• номенклатурой производства
• оборудованием
• оперативного планирования потребностей производства

Примеры систем

К категории АСУП принято относить реализации методологий MRP и ERP.

В обучении под АСУП как правило понимают систему управления обучением. Примером может служить система Moodle. Одной из первых отечественных систем управления учебным процессом, является комплекс информационных систем «АСУ ВУЗ».

MRP (англ. Material Requirement Planning — планирование потребности в материалах) — система планирования потребностей в материалах, одна из наиболее популярных в мире логистических концепций, на основе которой разработано и функционирует большое число микрологистических систем. На концепции MRP базируется построение логистических систем «толкающего типа». В России как правило представлена различными программными продуктами иностранного производства. Появление более развитой концепции MRP II и развитие программ класса ERP, снижение их стоимости, привело к тому, что программные продукты класса MRP можно встретить очень редко, как правило, в составе устаревших информационных систем предприятий.

Один из главных разработчиков MRP Дж. Орлиски писал: «планирования потребностей в материалах в узком смысле состоит из ряда логически связанных процедур, решающих правил и требований, переводящих производственное расписание в «цепочку требований», синхронизированных во времени, и запланированных «покрытий» этих требований для каждой единицы запаса компонентов, необходимых для выполнения производственного расписания. MRP-система перепланирует последовательность требований и покрытий в результате изменений либо в производственном расписании, либо в структуре запасов, либо в атрибутах продукта».

MRP-система применяется при работе с материалами, компонентами, полуфабрикатами и их частями, спрос на который зависит от спроса на специфическую готовую продукцию, т. е. спрос на исходные материальные ресурсы сильно зависит от спроса потребителей на конечную продукцию. Также MRP-система может работать с широкой номенклатурой материальных ресурсов.

История

Система MRP была разработана в США в середине 1950-х годов, однако широкое распространение получила лишь с развитием вычислительной техники в 1970-е годы.
Микрологистические системы, подобные MRP, разрабатывались примерно в эти же годы и в СССР, но первоначально применялись в военно-промышленном комплексе.
В конце 1980-х годов систему MRP использовали или предполагали использовать большинство фирм США с годовым объёмом продаж готовой продукции свыше 15 млн. долларов; в Великобритании — каждое третье производственное предприятие.

Обычная практика использования MRP в бизнесе связана с планированием и контролем процедур заказа и снабжения (закупок) материальных ресурсов, как правило, большой номенклатуры, для промышленных предприятий по изготовлению машиностроительной продукции.

Основные проблемы, возникающие при внедрении системы MRP относятся к разработке информационного, программно-математического обеспечения расчётов и выбору комплекса вычислительной и оргтехники, т. е. те проблемы, которые являются типичными для автоматизированных систем управления производством и технологическими процессами.

Основные цели MRP

• удовлетворение потребности в материалах, компонентах и продукции для планирования производства и доставки потребителям;
• поддержка низких уровней запасов;
• планирование производственных операций, расписаний доставки, закупочных операций.

Система MRP позволяет определить сколько и в какие сроки необходимо произвести конечной продукции. Затем система определяет время и необходимые количества материальных ресурсов для удовлетворения потребностей производственного расписания.