Charakterystyka systemów SCADA
Komputerowe systemy nadzorowania, monitorowania i sterowania procesów przemysłowych przeżywają obecnie bardzo burzliwy rozwój. Ich powszechnie stosowana nazwa – SCADA pochodzi od pierwszych liter angielskiego określenia – Supervisory Control and Data Acquisition). Systemy te dają prostą możliwość współpracy ze sterownikami PLC, regulatorami mikroprocesorowymi i innymi urządzeniami tzw. centralnej części komputerowego systemu automatyki różnych producentów. Pozwalają na realizację zdecentralizowanych systemów automatyki przemysłowej, głównie dla średnich i małych instalacji technologicznych. Cenną zaletą tego typu systemów jest większa otwartość. Jest to jednak okupione brakiem integracji oprogramowania wizualizacyjnego i sterującego. Poszczególne rozwiązania różnią się zakresem i sposobem realizacji poszczególnych funkcji. Do czołowych reprezentantów należą tutaj In Touch, FIX, Wizcon, WinCC.
Wymaga się aby nowoczesny system SCADA realizował następujący zestaw głównych funkcji:
komunikację z aparaturą sterującą i stacjami operatorskimi,
przetwarzanie zmiennych procesowych,
oddziaływanie na proces (sterowanie, regulacja),
kontrolę procesu i sygnalizację alarmów,
raportowanie i archiwizacje danych,
wizualizację graficzną przebiegu procesu na schematach, wykresach, itp.,
konfigurowanie struktur algorytmicznych i obrazów synoptycznych,
wymianę danych z innymi systemami poprzez sieci FAN, LAN, WAN itd.
Zaawansowane rozwiązania systemów SCADA powinny posiadać następujące cechy charakterystyczne:
Wielozadaniowy system operacyjny z wywłaszczaniem,
Praca w strukturze sieciowej,
Możliwość ewolucyjnej rozbudowy,
Możliwość rozszerzania i modyfikacji aplikacji w trybie on-line,
Otwartość i skalowalność (wykorzystanie standardowego systemu operacyjnego i oprogramowania sieciowego, wykorzystanie standardowego sprzętu, możliwość opracowania przez użytkownika oprogramowania komunikacyjnego do nietypowych urządzeń lub szeroka dostępność driverów komunikacyjnych, możliwość wymiany danych z bazami danych i innymi systemami z pomocą standardowych mechanizmów np. DDE, OLE, OPC itp.)
Projektowany stopień niezawodności i zabezpieczenie dostępu.
Systemy SCADA są to więc złożone systemy komputerowe do zastosowań automatyki przemysłowej, zrealizowane na bazie oprogramowania SCADA (wizualizacyjnego), które może być kupione z „półki”. Umożliwia ono realizację dopasowanego do istniejącego procesu systemu automatyki za stosunkowo niewielkie pieniądze.
W kolejnych podrozdziałach zostaną przybliżone najczęściej stosowane systemy SCADA.
System Wizcon
Wizcon jest zaawansowanym systemem sterowania nadrzędnego i akwizycji danych (SCADA) umożliwiającym integratorom systemów tworzyć wyrafinowane aplikacje sterująco - monitorujące dla wszystkich gałęzi przemysłu.
Wizcon jest generatorem aplikacji. Oznacza to, że wszystkie funkcje sterowania i monitorowania są już wbudowane w system, natomiast projektant musi tylko zaprojektować aplikację. Wymagane są jedynie minimalne umiejętności w zakresie programowania i obsługi komputera.
System ten wykorzystuje wielozadaniowość i wszystkie potężne cechy systemów operacyjnych Windows 95/98 i Windows NT oraz ma wbudowany mechanizm zdarzeniowy (event - driven), umożliwiający osiągnięcie wysokiej sprawności pracy i utrzymania integralności danych. Także graficzny interfejs użytkownika systemu Wizcon zapewnia przejrzystość i wydajność procesu wizualizacji danych technologicznych.
Wizcon dla Windows i internetu umożliwia integrację aplikacji z siecią Inernet/Intranet oraz wykorzystanie grafiki czasu rzeczywistego i kierowane zdarzeniowo aktualizacje informacji, a wszystko w dowolnym systemie operacyjnym. Łączy w tym rozwiązaniu zalety systemów SCADA, Javy, HTML i Internetu.
Praca z aplikacjami Wizcon dla Internetu nie wymaga żadnego dedykowanego oprogramowania ani żadnych dodatków. Monitorować i sterować danymi z hali produkcyjnej można teraz z poziomu zwykłej przeglądarki internetowej. Można również przeglądać dane ogólnofirmowe przy użyciu tego samego interfejsu, z dowolnego stacjonarnego lub przenośnego komputera
Aplikacje systemu Wizcon komunikują się z urządzeniami obiektowymi, takimi jak sterowniki PLC, instrumenty pomiarowe i inne. Ponieważ wszystkie dane są monitorowane i zapisywane, system Wizcon szybko reaguje na zaistniałe sytuacje zgodnie z zaprogramowaną procedurą i żądaniami operatora.
Rysunek 8.1. Typowa konfiguracja systemu Wizcon SCADA.
Uważnie zaprojektowana aplikacja umożliwia użytkownikowi łatwe, wydajne sterowanie i nadzór nad przebiegającym procesem technologicznym. Przed rozpoczęciem projektowania własnej aplikacji, należy zapoznać się ze specyfikacją procesu, dla którego tworzymy tę aplikację, tzn.:
uzyskać listę zmiennych, których system Wizcon będzie używał do czytania i zapisywania z/do sterowników PLC (lista we/wy lub lista bramek),
przejrzeć schematy technologiczne, aby dowiedzieć się jakie wyposażenie jest używane,
przejrzeć plany fabryki, w celu określenia rozkładu hali produkcyjnej, dla której projektuje się system,
dowiedzieć się, jaki typ raportów wymagany jest przez użytkowników i kierowników, w jakim ma być formacie i jakie informacje ma zawierać,
dowiedzieć się jakiego typu sieć jest używana, czy wykorzystuje protokół NetBIOS czy TCP/IP i jakie nazwy mają stacje sieciowe,
określić wszystkich użytkowników,
określić ustawienia sterowników PLC, takie jak: bloki i adresy.
Kiedy już zdobyte zostaną wszystkie potrzebne informacje, można przystąpić do budowania aplikacji. Proces wizualizacji dokładnie odzwierciedla działający proces produkcyjny, umożliwiając użytkownikowi wyraźne zrozumienie stanu procesu w każdej chwili.
Przy tworzeniu aplikacji powinny być wykonane następujące kroki:
Rysunek 8.2. Poszczególne etapy projektowania aplikacji SCADA.
Pierwszym krokiem w projektowaniu aplikacji systemu Wizcon jest zdefiniowanie driverów i bloków komunikacyjnych.
Drivery komunikacyjne są używane do obsługi komunikacji z urządzeniami zewnętrznymi, takimi jak sterowniki PLC, urządzenia i przyrządy stosowane w przemyśle, zdalne komputerowe stacje robocze i stacje sieciowe. Drivery komunikacyjne funkcjonują w systemie jako oddzielne pliki programów zwanych sterownikami i są kopiowane do katalogu systemu Wizcon podczas jego instalacji. Można zdefiniować bloki komunikacyjne, aby zwiększyć wydajność driverów, podczas pracy z dużą ilością bramek. Bloki te umożliwiają transfer dużych bloków informacji zamiast indywidualnych elementów danych.
Obrazy Wizcona są dynamicznymi grafikami reprezentującymi przebiegi procesów technologicznych. W procesach tych bramki są reprezentowane przez obiekty obrazu, a obiekty mogą reprezentować wartości występujące w czasie trwania procesu, co prowadzi do graficznego i dynamicznego obrazowania jego przebiegu.
Okno obrazu jest standardowym oknem Wizcona, w którym można tworzyć, edytować i przeglądać obrazy. Okna obrazów mogą być przenoszone, można zmieniać ich rozmiar i manipulować nimi przy użyciu standardowych technik stosowanych w odniesieniu do okien.
Termin „Bramka” w systemie Wizcon odnosi się do wartości sterujących monitorowanych przez system. Wartości te są podobne do zmiennych w języku programowania (np., Basic, Pascal lub C) lub do nazw rejestrów w PLC. Każda wartość jest identyfikowana przez unikatową nazwę i może być wyrażona jako, np. liczba całkowita, liczba rzeczywista lub wartość logiczna (Boolean). Bramki różnią się od innych zmiennych tym, że mogą być powiązane z urządzeniami zewnętrznymi takimi, jak rejestry, wejścia/wyjścia w PLC, czy adresami pamięci w zdalnych urządzeniach. Wartość bramki reprezentuje wartość w składniku zewnętrznym lub urządzeniu w taki sposób, że odwołania do bramki są równoważne odwołaniom do takiego elementu lub urządzenia.
Animacja obrazu jest procesem łączenia obiektów obrazu, stworzonych przy pomocy edytora obrazu, z kontrolowanym procesem poprzez bramki.
Istnieją dwie drogi stworzenia animacji:
Obiekty dynamiczne - obiekty w obrazie skojarzone są z bramkami. Obiekty te są elementami reagującymi na zmiany, jakie zachodzą w bramkach takie jak: położenie, rozmiar, kolor i orientacja.Ostatecznie może zostać osiągnięta dynamiczna graficzna ilustracja procesu w fabryce. Każdy obiekt w obrazie może być animowany dynamicznie, włączając w to komunikaty procesu. Dodatkowo, komunikaty te, mogą zmieniać się (tekstowo) zgodnie ze zmianami wartości bramek. Wartości mogą być prezentowane numerycznie lub też każdej specyficznej wartości bramki może odpowiadać predefiniowany tekst. W celu stworzenia animacji obiektu, zakresy wartości bramki oznaczone są przez wartości początkowe i końcowe. Bieżący stan obiektu odpowiada wartości początkowej i końcowemu stanowi obiektu. Po zmianach, odpowiada wartości końcowej. Dlatego obiekt będzie zmieniał się okresowo (przez liniową interpolację lub ekstrapolację) w czasie zmian wartości bramki. Wartości bramek mogą następnie być podzielone na wartości, kontrolujące różne atrybuty wyświetlania, takie jak kolory, wzory wypełniania.
Aktywatory - Obiekty w obrazie są asygnowane jako aktywatory. Kiedy tylko obiekty te zostaną aktywowane, wykonane zostaną operacje takie jak: zmiana wartości bramek, a przez to zmieni się graficzna prezentacja obrazu.
Zintegrowany system monitorowania i sterowania iFIX
IFIX firmy Intellution jest wiodącym na rynku oprogramowaniem SCADA realizującym wszystkie funkcje wizualizacji, akwizycji danych i nadrzędnego sterowania procesami technologicznymi. System pozwala na precyzyjne monitorowanie i kontrole wszelkich parametrów procesów produkcyjnych oraz urządzeń i zasobów w celu zwiększenia wydajnośći i elastyczności produkcji.
IFIX jest komponentem HMI/SCADA – obiektowej rodziny rozwiązań przemysłowych obejmującej również wydajne rozwiązania do zarządzania i sterowania procesami wsadowymi, gromadzenia i udostępniania danych archiwalnych monitorowania przestojów oraz narzędzie internetowe do analizy danych bieżących i archiwalnych a także bieżącego podglądu stanów procesu produkcyjnego. Wszystkie te komponenty mogą być łatwo zintegrowane w jeden kompleksowy system zapewniający kontrole w czasie rzeczywistym nad każdym elementem najbardziej złożonych procesów przemysłowych.
Właściwości i architektura systemu iFIX
Graficzne narzędzia systemu pozwalają szybko budować złożone aplikacje i dostosowywać je w trybie „On-line” do zmieniających się potrzeb użytkowników .
IFIX zawiera wszystko, co jest potrzebne do efektywnego i szybkiego tworzenia aplikacji dowolnego typu i wielkości, począwszy od pojedynczych stacji HMI (Human Machine Interface) a skończywszy na rozbudowanych, wielostanowiskowych, sieciowych systemach SCADA.
Rozproszona architektura sieciowa klient – serwer zpewnai maksymalną elastyczność w projektowaniu rozwiązań sieciowych: od pojedynczego komputera pracującego jako samodzielna stacja HMI, aż po olbrzymie systemy SCADA pracujące z wieloma rozproszonymi serwerami i klientami.
Serwer SCADA systemu iFIX łączy się z fizycznymi wejściami i wyjściami odwzorowując ich stan w procesowej bazie danych czasu rzeczywistego. Baza może zawierać różne typy bloków:
Wejścia i wyjścia analogowe i cyfrowe,
Bloki kalkulacyjne ,
Bloki alarmowe,
Liczniki czasu pracy,
Funkcje automatycznej regulacji i sterowania,
Funkcje kontroli statystycznej,
Bloki poleceń SQL.
Zbierane dane są udostępniane w czasie rzeczywistym lokalnie i sieciowo innym aplikacjom klienckim . Aplikacje iFIX obejmują animowaną grafikę, wykresy, raporty, obsługę alarmów, archiwizacje danych, zarządzanie recepturami i produkcją wsadową, analizę i przetwarzanie danych oraz wiele innych. Wszystkie aplikacje mogą pracować na wspólnym komputerze z serwerem SCADA albo na wielu komputerach serwerów i klientów w sieciach LAN, WAN, Intranet, Internet.
Aplikacja „iClient” instalowana na komputerze klienta, zależnie od skonfigurowanych uprawnień umożliwia dostęp do danych gromadzonych we wszystkich serwerach SCADA podłączonych do sieci przemysłowej. Klient może korzystać ze wszystkich funkcji systemu iFIX, włącznie z animowaną grafiką wykresami, alarmami, raportami i sterowaniem. Dodatkowo ze stacji klienckiej można dokonywać zmian aplikacji w całym systemie w czsie jego pracy, włączając w to modyfikacje baz danych serwerów SCADA.
Aplikacja „iWebServer” wykorzystuje technologie WEB dla udostępniania danych wielu użytkownikom jednocześnie . Animacje są konwertowane do postaci stron HTML i udostępniane na serwerze internetowym w czasie rzeczywistym.
Rysunek 8.3 Rozproszona architektura systemu iFIX.
Rozproszona architektura klient – serwer systemu iFIX umożliwia budowę dowolnej kombinacji rozproszonych serwerów SCADA i rozproszonych klientów. Niezależnie od stopnia rozproszenia użytkownicy widzą jeden, zintegrowany system. Adresowanie zmiennych w systemie obejmuje także nazwę źródłowego serwera SCADA, dzięki czemu każda aplikacja uruchomiona na dowolnym komputerze w sieci działa bezproblemowo odnajdując odpowiednie źródła danych. Raz zaprojektowane aplikacje mogą być uruchomiane na dowolnym komputerze pracującym w sieci bez żadnych modyfikacji.
Jako język skryptów system wykorzystuje standardowy „VISUAL BASIC FOR APLICATION” , którego pełny edytor wbudowany jest w architekturę. Zapisywanie skryptów każdego obiektu umożliwia przenoszenie obiektów pomiędzy aplikacjami bez utraty ich właściwości.
komentarze
Copyright © 2008-2010 EPrace oraz autorzy prac.