Учебно-методическое пособие SCADA-системы. Учебнометодическое пособие по учебным дисциплинам субд реального времени
 Скачать 3.27 Mb.
|
|
1.3 Место SCADA-системы в САУ промышленным комплексом Модель укрупненной функциональной структуры САУ про- мышленным комплексом можно представить в виде пятиуровневой пирамиды (рисунок 2). Технологический объект управления Технологический агрегат, группа агрегатов, технологическая линия или промышленный комплекс в целом АСУП АСУТП 1. Уровень ввода-вывода информации (Input/Output Level) 2. Уровень сбора данных и технологического управления (Control Level) 3. Уровень диспетчерского управления (SCADA Level) 4. Уровень MES (MES Level) 5. ERP, MRP Ввод/вывод информации (датчики, исполнительные механизмы, регулирующие органы) Сбор данных и непосредственное управление (PLC, SoftPLC, RTU и т.п.) Оперативно-диспетчерское управление (SCADA-системы, HMI-терминалы, диспетчерские щиты и т.п.) Управления производственными процессами (MES) Планирование ресурсов предприятия, планирование потребности в материалах (ERP, MRP) Рисунок 2 – Функциональная структура САУ промышленным комплексом В основании пирамиды расположен технологический объект управления, в качестве которого может выступать отдельный техно- логический агрегат, группа агрегатов, технологическая линия или промышленный комплекс в целом. 18 На первом уровне пирамиды – Input/Output Level (уровень ввода-вывода информации): с помощью датчиков осуществляется преобразование контролируемых величин в сигнал удобный для дальнейшего исполь- зования; с помощью исполнительных механизмов и регулирующих органов реализуются воздействия на технологический объект управ- ления. Второй уровень – Control Level (уровень сбора данных и техно- логического управления) – представлен устройствами технологиче- ского управления, осуществляющими на основе заложенных в них алгоритмов сбор данных, обработку и формирование выходной ин- формации. Яркими представителями второго уровня являются PLC, SoftPLC и RTU. Выходная информация второго уровня может посту- пать как на первый уровень исполнительным механизмам и регули- рующим органам в качестве команд управления, так и на третий уро- вень пирамиды – уровень SCADA в качестве данных для визуализа- ции хода технологического процесса. Выходная информация уровня Control Level, поступающая на уровень SCADA Level (уровень диспетчерского управления), обраба- тывается и представляется таким способом, чтобы диспетчер (опера- тор), мог осуществлять мониторинг технологического процесса, кон- тролировать его ход и принимать необходимые управляющие воздей- ствия. Уровень SCADA Level представлен средствами, реализую- щими HMI (Human-Machine Interface – интерфейс «человек – ма- шина», человеко-машинный интерфейс) – SCADA-системы, HMI- терминалы, диспетчерские щиты, панели приборов и т.п. Четвертый уровень пирамиды – это уровень MES Level (Manufacturing Execution System – система управления производственными процессами). На этом уровне с помощью специализированного программного обеспечение MES решаются задачи синхронизации, координации, анализа и оптимизации выпуска продукции в рамках какого-либо производства. Пятый уровень пирамиды – это уровень ERP- (Enterprise Resource Planning – планирование ресурсов предприятия) и MRP- (Material Requirement Planning – планирование потребности в материалах) систем. ERP-системы ориентированы на оптимизацию всех ресурсов предприятия и обеспечивают интеграцию: 19 производства; операций управления активами и трудовыми ресурсами; финансового менеджмента. MRP-системы являются в настоящее время наиболее популяр- ными средствами в теории и практике логистических систем. В целом, ERP- и MRP-системы реализуют долгосрочное плани- рование и стратегическое управление промышленным комплексом. Таким образом, SCADA-система в функциональной структуре САУ промышленным комплексом располагается на третьем уровне пирамиды – на стыке АСУТП и АСУП. SCADA-системы позволяют решать задачи, связанные с оперативным управлением промышлен- ным комплексом, и часть задач, связанных с долгосрочным управле- нием. В зависимости от размера промышленного комплекса, от коли- чества обрабатываемых данных и от задач, возлагаемых на САУ, SCADA-системы могут реализовываться в централизованной и в рас- пределенной архитектуре. При компактных размерах промышленного комплекса и не- большом объеме обрабатываемых данных (до 500 сигналов), как пра- вило, используют централизованную архитектуру SCADA-системы. В этом случае, все основные модули SCADA-системы устанавлива- ются на один персональный компьютер – диспетчерскую (оператор- скую) станцию. На территориально распределенных промышленных комплек- сах, при большом объеме обрабатываемых данных (более 1000 сигна- лов) предпочтительна распределенная архитектура, при которой раз- личными модулями SCADA-системы реализуются станции разного функционального назначения (рисунок 3). При такой территориально-распределенной архитектуре к стан- циям SCADA-системы относятся: серверы ввода-вывода информации (например, OPC-сер- веры); серверы сбора и обработки производственных данных (SCADA-серверы) и станции визуализации (SCADA-клиенты), взаи- модействующие между собой по архитектуре «клиент-сервер»; серверы архивных данных и документирования (Historian- серверы) и станции доступа к предыстории (Historian-клиенты); серверы сбора, обработки, хранения алармов и событий (Alarm-серверы) и станции доступа к ним (Alarm-клиенты); 20 Технологический объект управления RTU PLC SCADA- клиенты Alarm-клиенты Historian- клиенты SoftPLC Серверы ввода-вывода SCADA-серверы Historian-серверы Alarm-серверы АРМ’ы Инженерные станции Рисунок 3 – Типовая структура обмена информации в САУ террито- риально распределенным промышленным комплексом станции наблюдения для руководящего и инженерно- технического персонала (АРМы – автоматизированные рабочие места); станции модернизации и развития САУ (инженерные стан- ции). На практике, как правило, на сервера и рабочие станции САУ устанавливаются сразу несколько различных модулей SCADA- системы. Техническая структура САУ в случае территориально распреде- ленного промышленного комплекса может выглядеть следующим об- разом (рисунок 4). 21 И нж ен ер на я ст ан ц и я О сн ов на я д и сп ет че рс ка я ст ан ц и я Р ез ер вн ая д и сп ет че рс ка я ст ан ц и я С и ст ем а о п ер ат и в н о - д и сп ет ч ер ск о го к о н т р о л я и уп р ав л ен и я т ех н о л о ги ч ес ки м ко м п л ек со м И н ж ен ер н о - л аб о р ат о р н ы й к о м п л ек с S C A D A C li e n t, H is to ri a n C li e n t О сн ов но й S C A D A се рв ер Р ез ер вн ы й S C A D A се рв ер In te g ra te d D e v e lo p m e n t E n v ir o n m e n t (I D E ) H M I- те рм и на л оп ер ат ор а 1 А Р М ’ы с пе ц и ал и ст ов S C A D A D is p la y C li e n t, H is to ri a n C li e n t E th e rn e t У ст ро йс тв а с ин те рф ей со м R S 4 8 5 ( пр от ок ол M o d b u s) - пр ог ра м м и ру ем ы й л ог и че ск и й к он тр ол л ер (P L C ) Э н ер го б л о к 1 S C A D A C li e n t, H is to ri a n C li e n t S C A D A S e rv e r, O P C S e rv e r S C A D A S e rv e r, O P C S e rv e r - пр ео б ра зо ва те л ь и нт ер ф ей со в R S 4 8 5 – E th e rn e t (M C , M e d ia C o n v e rt e r) - уз ел у д ал ен но го в во д а - вы во д а (R IO , R e m o te I n p u t O u tp u t) C o n tr o ll e r N e tw o rk У сл ов ны е об оз на че ни я : - H M I- те рм и на л - уд ал ен но е ок он еч но е ус тр ой ст во (R T U ) - пе рс он ал ьн ы й ко м пь ю те р , се рв ер P L C 1 P L C 2 P L C 3 R IO 1 R IO 2 R IO 3 M C 1 M C 2 M C 3 R T U 1 R T U 2 R T U 3 У р о в ен ь 2 : C o n to l L e v e l У р о в ен ь 3 : S C A D A L e v e l У р о в ен ь 4 : M E S L e v e l С и ст ем а сб о р а д ан н ы х и т ех н о л о ги ч ес ко го у п р ав л ен и я т ех н о л о ги ч ес ки м к о м п л ек со м С и ст ем а уп р ав л ен и я п р о и зв о д ст в ен н ы м и п р о ц ес са м и , и н ж ен ер н о го с о п р о в о ж д ен и я , хр ан ен и я и н ф о р м ац и и H M I- те рм и на л оп ер ат ор а 2 Д и сп ет ч ер ск ая E th e rn e t О сн ов но й се рв ер п ре д ы ст ор и и Р ез ер вн ы й се рв ер п ре д ы ст ор и и H is to ri a n S e rv e r, O P C S e rv e r H is to ri a n S e rv e r, O P C S e rv e r С ер ве р д ом ен а , б ра нд м ау эр D o m a in S e rv e r, F ir e w a ll , А д м и н и ст р ат и в н о - б ы т о в о й к о р п ус О п ер ат о р ск ая Р ас п р ед ел и т ел ь н ы й п ун кт Э н ер го б л о к 2 Э н ер го б л о к 3 Рисуно к 4 – Техн ическая стру кту ра САУ терр итор иал ьно распр еде ле нным про м ышле нн ы м ко мп ле ксо м 22 1.4 Краткое описание SCADA-системы InTouch За последние 15 – 20 лет на российских предприятиях SCADA- системы получили достаточно широкое распространение. Наиболь- шей по количеству внедрений является SCADA-система InTouch кор- порации Wonderware (США) [7]. Производитель SCADA-системы InTouch корпорация Wonderware (США) является ведущим разработчиком программных продуктов для автоматизации технологических и производственных процессов всех уровней предприятия. Программное обеспечение корпорация Wonderware успешно ис- пользуется для автоматизации промышленных объектов в России в различных отраслях промышленности, включая энергетическую, нефтяную/газовую, химическую, металлообрабатывающую, целлю- лозно-бумажную, пищевую, водоснабжение и канализацию, транс- портную, электронную и другие. Укрупненно SCADA-система InTouch состоит из трех основных приложений: менеджер приложений – Application Manager; среда разработки и конфигурирования (Development) – WindowMaker; среда исполнения (Runtime) – WindowViewer. Менеджер приложений (рисунок 5) используется для: создания новых проектов SCADA-системы; настройки среды исполнения WindowViewer на работу в каче- стве сервиса операционной системы; определения параметров системы разработки сетевых приложений в клиент-серверных архитектурах; конфигурирования динамического переключения разрешения экрана; настойки системы распределенных алармов; импорта и экспорта БД проекта SCADA-системы. Рисунок 5 – Окно менеждера приложений Application Manager 23 Среда разработки и конфигурирования WindowMaker (рисунок 6) предназначена на создания и настройки мнемосхем технологиче- ского комплекса. WindowMaker включает в себя следующие построи- тели и конфигураторы: построитель экранной графики; построитель БД; построитель отчетов; построитель трендов; конфигуратор архивации данных; конфигуратор обработки алармов (тревог) и событий; конфигуратор настройки коммуникаций; дополнительные модули среды разработки. Рисунок 6 – Окно среды разработки и конфигурирования WindowMaker Среда разработки WindowMaker является одной из наиболее важных частей пакета InTouch. WindowMaker представляет в распо- ряжение разработчика единое рабочее пространство для всего про- екта SCADA-системы. Среда исполнения WindowViewer (рисунок 7) предназначена для работы прикладного программного обеспечения системы управления в режиме реального времени. Среда RunTime может быть сравнима с исполняемым модулем программы (файл *.exe), написанной на языке высокого уровня, например С++. Среда WindowViewer обеспечивает выполнение всех функций SCADA-системы, которые были опреде- лены на этапе разработки в среде WindowMaker. 24 Рисунок 7 – Окно среды исполнения WindowViewer Среда исполнения WindowViewer осуществляет сбор данных с PLC, SoftPLC или RTU через драйверы ввода-вывода информации в режиме реального времени. Возможен вариант использования «фир- менных» драйверов ввода-вывода, разработанных фирмами-произво- дителями устройств, с которыми организуется информационный об- мен, либо универсального интерфейса обмена данными OPC. Информация, поступающая в WindowViewer от драйверов ввода-вывода, представляется средствами SCADA-системы на мони- торе диспетчерской (операторской) станции в удобной и доступной для восприятия форме: в виде мнемосхем, трендов, таблиц. На основе этой информации диспетчер (оператор) осуществляет мониторинг технологического процесса, контролирует его ход и принимает необ- ходимые управляющие воздействия. Все производственные данные (от драйверов ввода-вывода, внутренние переменные, сведения о действиях оперативно-диспет- черского и производственно-технического персонала) собираются и архивируются в SCADA-системе InTouch с помощью специализиро- ванной службы – Historical Logging. Служба Historical Logging осу- ществляет запись в БД предыстории, которая полностью интегриро- вана со средствами анализа данных и создания отчетов. Достоинствами SCADA-системы InTouch являются следующие ее возможности. 1. Высокая скорость обработки информации в режиме реаль- ного времени. 2. Быстрая и удобная разработка мнемосхем с помощью встроенных библиотек символов, графических компонентов, элемен- 25 тов управления ActiveX. 3. Простота развертывания распределенной системы. 4. Высокая скорость и надежность при сборе и архивации производственных данных (о работе оборудования и производствен- ном комплексе в целом, произошедших событиях, действиях персо- нала) в БД предыстории. 5. Удобные механизмы по организации и управлению тревож- ными сообщениями, аварийной звуковой сигнализации. 6. Широкий набор программный средств по анализу собранных данных, подготовке и генерированию отчетов. 7. Переход на новые версии программного продукта без дополнительных затрат и усилий со стороны инженерно-техниче- ского персонала. |