Sistemi di acquisizione dati e controllo operativo (sistemi SCADA)

Il termine Sistema di controllo di supervisione e acquisizione dati o sistema SCADA è apparso alla fine degli anni '80. XX secolo. contemporaneamente ai primi tentativi di utilizzare i personal computer con applicazioni grafiche installate su di essi come consolle operatore.

I primi sistemi SCADA sono stati sviluppati per sistemi operativi DOS o Unix e avevano capacità piuttosto modeste, sia per le limitazioni hardware dell'hardware che per le capacità grafiche dei sistemi operativi. I sistemi SCADA si sono diffusi contemporaneamente alla comparsa di interfacce grafiche, come Windows 3.11, X-Windows, Phantom e hardware che consente di raggiungere la necessaria velocità di esecuzione dei processi in modalità multitasking.

La ragione dell'emergere dei sistemi SCADA come strumenti di sviluppo software di alto livello è simile alle ragioni dell'emergere di sistemi come Borland Delphi e altri sistemi di programmazione visiva.Il loro compito principale è sollevare gli sviluppatori di software dall'onere di routine e in effetti inutile di descrivere interfacce e funzioni standard. Allo stesso tempo, dovrebbe essere chiaro che l'uso dei sistemi SCADA non implica una riduzione dei requisiti per la qualificazione dello sviluppatore, come cercano di immaginare.

Distinguere i sistemi MMI (interfaccia uomo macchina) E SCADA, poiché entrambi si sono sviluppati con successo indipendentemente l'uno dall'altro, occupando diverse nicchie nel mercato dei dispositivi HMI (interfaccia uomo-macchina).

I sistemi MMI sono in realtà quadri di comando locali per singoli dispositivi o impianti tecnologici, dotati di schermi e tastiere alfanumeriche o grafiche, solitamente touch screen.

Nella maggior parte dei casi, il dispositivo MMI viene implementato utilizzando un controller speciale e la sua parte software non implica ulteriori modifiche o modifiche.

Allo stesso tempo, i sistemi SCADA includono l'uso di personal computer e sistemi operativi standard, sono utilizzati per automatizzare il processo di gestione di grandi processi tecnologici, in cui sono coinvolti un gran numero di dispositivi esecutivi e unità tecnologiche, e supportano anche la possibilità di implementazione di applicazioni distribuite (utilizzando più console operatore) …

È impossibile tracciare una linea netta tra i sistemi MMI e SCADA a causa dell'esistenza di sistemi di programmazione end-to-end in cui spesso non c'è distinzione tra strumenti di sviluppo software per diversi livelli del sistema di controllo.

La mancanza di un unico standard che descriva lo scopo e la composizione funzionale dei sistemi SCADA e la differenza nelle interpretazioni del termine "SCADA" stesso complicano la classificazione e il confronto dei sistemi di questa classe.

Si possono distinguere i seguenti gruppi principali di sistemi SCADA:

• sistemi SCADA sviluppati dai produttori di controllori;

• Sistemi SCADA sviluppati da produttori indipendenti;

• I sistemi SCADA sono componenti dei sistemi di programmazione end-to-end.

Il compito del produttore dell'apparecchiatura di controllo nello sviluppo del proprio sistema SCADA è quello di fornire all'utente finale uno strumento per sviluppare applicazioni di visualizzazione utilizzando i controllori di quel produttore.

Si possono distinguere le seguenti caratteristiche principali di tali sistemi:

• l'interfaccia di questi sistemi ripete l'interfaccia dei mezzi di scrittura del software per l'apparecchiatura di controllo;

• I componenti del sistema SCADA sono ottimizzati per lavorare con i dati ricevuti dalle apparecchiature di controllo di uno specifico produttore;

• Le interfacce per lo scambio di dati con apparecchiature di altri produttori sono scarsamente implementate o difficili da utilizzare.

Un classico esempio di tale sistema è Siemens WinCC… L'uso di tali sistemi proprietari, da un lato, riduce al minimo il costo della formazione degli specialisti dello sviluppo software, ma dall'altro lega strettamente sia lo sviluppatore che l'utente finale del sistema a un produttore specifico o addirittura a uno specifico linea di apparecchiature di un unico produttore.

Inoltre, numerosi produttori di apparecchiature di controllo sono stati costretti a sviluppare i propri sistemi SCADA per scopi di marketing senza fornire ai propri prodotti software il livello richiesto di supporto e manutenzione.

I sistemi SCADA di terze parti sono gli strumenti più flessibili per la creazione di applicazioni di visualizzazione e controllo dei processi. I loro vantaggi includono il supporto di un gran numero di funzioni per la creazione di sistemi di controllo decentralizzati e distribuiti, nonché la capacità di integrare apparecchiature di produttori diversi, compresi quelli concorrenti, in un unico sistema.

Per scambiare dati con apparecchiature esecutive, tali sistemi utilizzano server I / O software che implementano interfacce DDE o OPC. La diffusione di tali sistemi SCADA, nonché la necessità di rispettare gli standard degli strumenti di automazione, hanno portato al fatto che tutti gli sviluppatori di apparecchiature di controllo hanno il proprio Server software OPC o DDE, che vengono consegnati completi di attrezzatura o su ordinazione.

Poiché il sistema di programmazione end-to-end include lo sviluppo di stazioni operatore come parte integrante del sistema di controllo, contiene sempre componenti separati del sistema SCADA. Tuttavia, poiché l'intero sistema funziona nel suo insieme, questi componenti possono anche essere componenti di altri moduli del sistema di programmazione end-to-end, oppure può essere impossibile separare il sistema SCADA nella sua forma pura in un prodotto software.

Tali sistemi presentano gli stessi vantaggi e svantaggi dei sistemi SCADA sviluppati dai produttori di controller, tenendo conto di due differenze principali:

• I sistemi SCADA, che sono parte integrante dei sistemi di programmazione end-to-end, non hanno praticamente alcuna interoperabilità con software e hardware di altri produttori;

• il ruolo del sistema SCADA in tali applicazioni è limitato allo sviluppo di un'interfaccia grafica.

Composizione e struttura dei sistemi SCADA

Composizione e struttura dei sistemi SCADA

In genere, i sistemi SCADA sono costituiti da due serie separate di prodotti software: un ambiente di sviluppo e un ambiente di esecuzione.

Sviluppo dell'ambiente è chiamato l'insieme con cui viene progettato e configurato l'ambiente per la visualizzazione del processo tecnologico.

Ambiente durante il lavoro — si tratta di un insieme di prodotti software necessari per il lavoro sul progetto del programma per la visualizzazione del processo tecnologico nella postazione dell'operatore.

Separatamente, dovrebbe essere considerata la questione dell'interazione tra l'ambiente di sviluppo e l'ambiente di runtime durante il lavoro con lo stesso progetto dello sviluppatore e dell'operatore:

1. Le modifiche apportate dallo sviluppatore hanno effetto immediato.

2. Il runtime riflette le modifiche apportate come trovate nel codice sorgente del progetto.

3. Le modifiche si riflettono in fase di esecuzione al riavvio o alla forzatura.

L'implementazione del primo tipo di interazione consente di dimostrare in modo abbastanza chiaro ed efficace le capacità del prodotto nelle presentazioni commerciali, e quindi a volte viene implementato nei prodotti software finali. Tuttavia, quando si lavora con progetti reali, c'è il potenziale pericolo di perdere parte dell'interfaccia grafica o il movimento dinamico dei controlli. A questo proposito, il secondo e il terzo tipo di interazione o la loro combinazione sono i più diffusi.

Si possono distinguere le seguenti parti principali del sistema SCADA:

• base dell'etichetta;

• modulo di visualizzazione grafica;

• processore di script;

• sistema di allarme e allerta;

• modulo per l'archiviazione dei parametri tecnologici di processo.

Etichetta di sistema SCADA È un oggetto per la memorizzazione del valore di un parametro di processo tecnologico e delle sue proprietà. Le etichette a volte vengono chiamate erroneamente "variabili". Allo stesso tempo, il concetto di etichetta è il più vicino alla definizione di una classe nei linguaggi di programmazione orientati agli oggetti.

Il modulo display grafico implementa l'interfaccia grafica del progetto. Di norma, un'interfaccia grafica è un insieme di schermate con elementi grafici posizionati su di esse. Il compito di creare uno schermo si riduce al posizionamento di elementi grafici sulle forme dello schermo e all'impostazione delle loro proprietà.

Nel processo di chiamata, visualizzazione e chiusura delle maschere, quando si fa clic su oggetti grafici, si modificano proprietà o valori di singoli tag, è necessario eseguire calcoli o azioni per i quali sono disponibili motore di script… Gli script sono anche chiamati "macro" o "script" in alcuni sistemi.

La maggior parte degli script di sistema SCADA che implementano l'interfaccia grafica delle workstation degli operatori automatizzati sono gestori di clic del mouse su elementi grafici.

Per gli script, i sistemi SCADA di diversi produttori offrono una o più lingue. I sistemi sviluppati dai produttori di controllori o come parte di sistemi di programmazione end-to-end di solito offrono gli stessi linguaggi di programmazione per lo scripting e per la scrittura software del controllore… I sistemi SCADA di terze parti offrono spesso linguaggi di scripting macro specializzati.

L'utilizzo di linguaggi di programmazione generici consente di implementare interfacce utente complesse e metodi non standard per lavorare con i dati accedendo a librerie e API aggiuntive.

Allo stesso tempo, lo sviluppatore deve in ogni caso studiare le librerie di funzioni per lavorare con i componenti del sistema SCADA, allo stesso modo in cui vengono studiati i linguaggi macro, e il codice implementato può essere potenzialmente pericoloso o ereditare errori dalla funzione di terze parti biblioteche.

Sistema d'allarme ha lo scopo di comunicare all'operatore il valore del parametro di processo al di fuori dei limiti consentiti. Di norma, per ogni parametro tecnologico, è possibile impostare 2 tipi di impostazioni in base alle quali verrà visualizzata la notifica: rispettivamente, impostazioni di emergenza e di avviso.

A seconda delle capacità del sistema, queste impostazioni vengono impostate in base a uno o più criteri:

• Fuori dal limite. In questo caso ci sono: valori di avviso superiore e inferiore e valori di allarme superiore e inferiore.

• Una deviazione dal valore nominale di qualche valore. Distribuire le deviazioni minime e massime consentite dal valore impostato.

• Impostazione del tasso di variazione massimo consentito del valore del parametro di processo. I valori delle impostazioni dell'intervallo consentito sono specificati in unità assolute e la deviazione dal valore nominale e dal tasso di variazione può essere specificata sia in unità assolute che come percentuale del valore corrente o del setpoint.

A causa del fatto che per un processo tecnologico il numero di parametri per i quali sono impostati i setpoint di emergenza e di avviso può essere elevato, nei sistemi SCADA è possibile combinare i parametri tecnologicamente controllati in gruppi, nonché impostare il livello di priorità per qualsiasi punto stabilito.

Il compito principale modulo di backup — fornire la possibilità di visualizzare grafici di parametri tecnologici (Trends) sullo schermo del monitor per un periodo relativamente breve, oltre a creare report semplici.Il modulo per l'archiviazione dei valori del sistema SCADA dovrebbe fornire le seguenti funzioni:

• archiviare i valori in un database locale con una certa frequenza o modifica;

• durante l'archiviazione dei valori al momento della modifica - possibilità di impostare una zona morta per l'archiviazione;

• impostare un limite per la dimensione del database locale;

• impostare il tempo di memorizzazione dei valori;

• eseguire la manutenzione ordinaria per rimuovere i valori obsoleti o meno recenti quando il tempo di archiviazione o la dimensione del database vengono superati in modalità automatica;

• disponibilità di un'interfaccia per costruire grafici di valori di archivio e visualizzarli;

• disponibilità di un sistema per l'esportazione dei valori dei parametri per il periodo specificato sotto forma di una tabella di valori.