Самостоятельная работа магистранта

Содержание: 1. Функциональные возможности. 2. Технические характеристики. 3. Открытость систем. 4. Эксплуатационные характеристики. 5. Интеграция многоуровневых систем автоматизации. 6. Заключение. Характеристики SCADA­систем Функциональные возможности В силу тех требований, которые предъявляются к системам SCADA, спектр их  функциональных   возможностей   определен  и  реализован  практически   во всех пакетах. Перечислим основные возможности и средства, присущие всем системам и различающиеся только техническими особенностями реализации:  автоматизированная разработка, дающая возможность создания  программного обеспечения (ПО) системы автоматизации без реального  программирования;  средства сбора первичной информации от устройств нижнего уровня;  средства управления и регистрации сигналов об аварийных ситуациях;  средства хранения информации с возможностью ее пост­обработки (как  правило, реализуется через интерфейсы к наиболее популярным базам  данных);  средства обработки первичной информации;  средства визуализации представления информации в виде графиков,  гистограмм и т.п.;  возможность работы прикладной системы с наборами параметров,  рассматриваемых как единое целое ( recipe , или установки ). Основу   большинства   SCADA­пакетов   составляют   несколько   программных компонентов   (база   данных   реального   времени,   ввода­вывода,   предыстории, аварийных ситуаций) и администраторов (доступа, управления, сообщений). Следует отметить, что технология проектирования систем автоматизации на основе различных SCADA­систем во многом схожа и включает следующие этапы.   Разработка   архитектуры   системы   автоматизации   в   целом.   На   этом этапе   определяется   функциональное   назначение   каждого   узла   системы автоматизации.   Решение   вопросов,   связанных   с   возможной   поддержкой распределенной   архитектуры,   необходимостью   введения   узлов   с   горячим резервированием   и   т.п.   Создание   прикладной   системы   управления   для каждого   узла.   На   этом   этапе   специалист   в   области   автоматизируемых процессов наполняет узлы архитектуры алгоритмами, совокупность которых позволяет решать задачи автоматизации. Приведение параметров прикладной системы в соответствие с информацией, которой обмениваются устройства нижнего   уровня   (например,   программируемые   логические   контроллеры ПЛ=+=) с внешним миром (датчики температуры, давления и др.). Отладка созданной прикладной программы в режиме эмуляции (в некоторых системах, например   IGSS,   режим   отладки   практически   отсутствует)   и   в   реальном режиме. Перечисленные   выше   возможности   систем   SCADA   в   значительной   мере определяют стоимость и сроки создания ПО, а также сроки ее окупаемости. Технические характеристики Перечислим характеристики, важные для оценки функциональности SCADA­ систем, с кратким их анализом. Программно­аппаратные   платформы,   на   которых   реализована   SCADA­ система.   Анализ   перечня   таких   платформ   необходим,   поскольку   от   него зависит ответ на вопросы распространения SCADA­системы на имеющиеся вычислительные средства, а также оценка стоимости эксплуатации системы (прикладная программа, разработанная в одной операционной среде, может выполняться   в   любой   другой,   которую   поддерживает   выбранный   SCADA­ пакет). В различных SCADA­системах этот вопрос решен по разному. Так, FactoryLink   имеет   весьма   широкий   список   поддерживаемых   программно­ аппаратных платформ: Таблица 2. Поддержка программно­аппаратныхплатформ В   то   же   время   в   таких   SCADA­системах,   как   RealFlex   и   Sitex   основу программной   платформы   принципиально   составляет   единственная,   хотя   и удовлетворяющая   многим   требованиям,   операционная   система   реального времени QNX.  Подавляющее большинство SCADA­систем реализовано на платформах MS Windows.   Именно   такие   системы   предлагают   наиболее   полные   и   легко наращиваемые   человеко­машинные   интерфейсные   (Man   Machine   Interface MMI) средства. Учитывая продолжающееся усиление позиций Microsoft на рынке операционных систем (ОС) следует отметить, что даже разработчики многоплатформных   SCADA­систем,   такие   как   United   States   DATA   Co, приоритетным   считают   дальнейшее   развитие   своих   SCADA­систем   на платформе   Windows   NT.   Некоторые   фирмы,   до   сих   пор   поддерживавшие SCADA­системы   на   базе   ОС   реального   времени   (РВ),   начали   менять ориентацию,   выбирая   системы   на   платформе   Windows   NT.   Все   более очевидным   становится   применение   ОС   реального   времени,   в   основном,  во встраиваемых   системах.   Таким   образом,   основным   полем,   где   сегодня разворачиваются главные события глобального рынка SCADA­систем, стала ОС MS Windows NT на фоне всё ускоряющегося сворачивания активности в области MS DOS, MS Windows 3.xx/95. Имеющиеся   средства   сетевой   поддержки.   Одна   из   основных   особенностей современного мира систем автоматизации высокая степень интеграции этих систем.   В   любой   из   них   могут   быть   задействованы   объекты   управления, исполнительные механизмы, аппаратура, регистрирующая и обрабатывающая информацию, рабочие места операторов, серверы баз данных и т.д. Очевидно, что для эффективного функционирования в этой разнородной среде SCADA­ система должна обеспечивать высокий уровень сетевого сервиса. Желательно, чтобы она поддерживала  работу в стандартных сетевых  средах  (ARCNET, ETHERNET   и   т.д.)   с   использованием   стандартных   протоколов   (NETBIOS, TCP/IP и др.), а также обеспечивала поддержку наиболее популярных сетевых стандартов   из   класса   промышленных   интерфейсов   (PROFIBUS,   CANBUS, LON, MODBUS и т.д.) Обобщенная схема подобной системы приведена на рис.1. Рис. 1. Схема интеграции SCADA­приложений в комплексные системы управления   Этим требованиям в той или иной степени удовлетворяют практически все рассматриваемые   SCADA­системы,   с   тем   только   различием,   что   набор поддерживаемых сетевых интерфейсов, конечно же, разный. Встроенные   командные   языки.   Большинство   SCADA­систем   имеют встроенные   языки   высокого   уровня,   VBasic­подобные   языки,   позволяющие сгенерировать   адекватную   реакцию   на   события,   связанные   с   изменением значения   переменной,   с   выполнением   некоторого   логического   условия,   с нажатием комбинации клавиш, а также с выполнением некоторого фрагмента с заданной частотой относительно всего приложения или отдельного окна. Поддерживаемые   базы   данных.   Практически   все   SCADA­системы,   в частности,  Genesis,  InTouch  используют   синтаксис  ANSI  SQL,  который   не зависит   от   типа   базы   данных.   Таким   образом,   приложения   виртуально изолированы,   что   позволяет   менять   базу   данных   без   серьезного   изменения самой   прикладной   задачи,   создавать   независимые   программы   для   анализа информации,   использовать   уже   наработанное   программное   обеспечение, ориентированное на обработку данных. Графические   возможности.   Для   специалиста­разработчика   системы автоматизации, также как и для специалиста­ технолога , чье рабочее место создается,   очень   важен   графический   пользовательский   интерфейс   (Graphic Users   Interface   MMI).   Функционально   графические   интерфейсы   SCADA­ систем очень похожи. В каждой из них 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. крайне   важен   также   вопрос   о   поддержке   в   рассматриваемых   системах стандартных   функций   GUI.   Поскольку   большинство   рассматриваемых SCADA­систем работают под управлением Windows, это и определяет тип используемого GUI. Открытость систем Программная система является открытой, если для нее определены и описаны используемые   форматы   данных   и   процедурный   интерфейс,   что   позволяет подключить к ней внешние , независимо разработанные компоненты.   Перед   фирмами­ Разработка   собственных   программных   модулей. разработчиками   систем   автоматизации   часто   встает   вопрос   о   создании собственных (не предусмотренных  в рамках систем SCADA) программных модулей   и   включение   их   в   создаваемую   систему   автоматизации.   Поэтому вопрос об открытости системы является важной характеристикой SCADA­ систем. Фактически открытость системы означает доступность спецификаций системных (в смысле SCADA) вызовов, реализующих тот или иной системный сервис. Это может быть и доступ к графическим функциям, функциям работы с базами данных и т.д. Драйверы   ввода­вывода.   Современные   SCADA­системы   не   ограничивают выбора аппаратуры нижнего уровня, так как предоставляют большой набор драйверов   или   серверов   ввода­вывода   и   имеют   хорошо   развитые   средства создания собственных программных модулей или драйверов новых устройств нижнего   уровня.   Сами   драйверы   разрабатываются   с   использованием стандартных языков программирования. Вопрос, однако, в том, достаточно ли только   спецификаций   доступа   к   ядру   системы,   поставляемых   фирмой­ разработчиком в штатном комплекте (система Trace Mode), или для создания драйверов необходимы специальные пакеты (системы FactoryLink, InTouch), или   же,   вообще,   разработку   драйвера   нужно   заказывать   у   фирмы­ разработчика. Для   подсоединения   драйверов   ввода­вывода   к   SCADA   используются   два механизма   стандартный   динамический   обмен   данными   (Dynamic   Data Exchange   DDE)   и   обмен   по   внутреннему   (известному   только   фирме разработчику)   протоколу.   В   SCADA­системах   основным   механизмом, используемым для связи с внешним миром, до сих пор остается механизм DDE. Но из­за своих ограничений по производительности и надежности он не совсем   пригоден   для   обмена   информацией   в   реальном   масштабе   времени. Взамен DDE компания Microsoft предложила более эффективное и надежное средство   передачи   данных   между   процессами   OLE   (Object   Linking   and Embedding   включение   и   встраивание   объектов).   Механизм   OLE поддерживается   в   RSView,   Fix,   InTouch,   Factory   Link   и   др.   На   базе   OLE появляется новый стандарт OPC (OLE for Process Control OLE для АСУТП), ориентированный на рынок промышленной автоматизации. Новый стандарт, во­первых,   позволяет   объединять   на   уровне   объектов   различные   системы управления   и   контроля,  функционирующие   в  распределенной   гетерогенной среде;   во­вторых,   устраняет   необходимость   использования   различного нестандартного   оборудования   и   соответствующих   коммуникационных программных   драйверов.   С   точки   зрения   SCADA­систем,   появление   OPC­ серверов   означает   разработку   программных   стандартов   обмена   с технологическими   устройствами.   Поскольку   производители   полностью разбираются в своих устройствах, то эти спецификации являются для них руководством   к   разработке   соответствующих   драйверов.   Так   как   эти программные   драйверы   уже   появляются   на   рынке,   разработчики   SCADA­ систем предлагают свои механизмы связи с OPC­драйверами. OPC­интерфейс допускает   различные   варианты   обмена:   получение   сырых   данных   с физических устройств, из распределенной системы управления или из любого приложения   (рис.2).   На   рынке   появились   инструментальные   пакеты   для написания OPC­компонентов, например, OPC­Toolkits фирмы FactorySoft Inc., включающий OPC Server Toolkit, OPC Client Toolkit, примеры OPC­программ. Рис. 2. Варианты обмена SCADA­систем с приложениями и физическими устройствами через OPC­интерфейс Встраиваемые   объекты   ActiveX.   Объекты   ActiveX   это   объекты,   в   основе которых лежит модель составных объектов Microsoft COM (Component Object Model).   Технология   COM   определяет   общую   схему   взаимодействия компонентов программного обеспечения в среде Windows и предоставляет стандартную инфраструктуру, позволяющую объектам обмениваться данными и   функциями   между   прикладными   программами.   Большинство   SCADA­ систем   являются   контейнерами,   которые   уведомляются   ActiveX   о происшедших   событиях.   Любые   ActiveX­объекты   могут   загружаться   в систему   разработки   большинства   SCADA­систем   и   использоваться   при создании   прикладных   программ.   Управление   ActiveX­объектами осуществляется   с   помощью   данных,   методов   и   событийных   функций, свойственных выбранному объекту. Разработки   третьих   фирм.   Многие   компании   занимаются   разработкой драйверов,   ActiveX­объектов   и   другого   программного   обеспечения   для SCADA­систем.   Этот   факт   очень   важно   оценивать   при   выборе   SCADA­ пакета,   поскольку   это   расширяет   область   применения   системы непрофессиональными   программистами   (нет   необходимости   разрабатывать программы с использованием языков С или Basic). Для   реализации   вышеуказанных   технологий   разработаны   специальные библиотеки и инструментальные системы для ОС Windows. Использование же только спецификаций стандартов для этого не только достаточно трудоемко, но и требует высокого профессионализма программистов и, следовательно, затруднительно для не­Windows платформ. О жестком реальном времени для Windows NT Один из существенных недостатков SCADA­систем на платформах Windows 3.хх/95 по сравнению со SCADA­системами на платформах ОСРВ отсутствие поддержки   жесткого   реального   времени.   Ситуация   стала   изменяться   с появлением Windows NT. Выход в свет этой ОС стимулировал разработку новых   подходов   в   поддержке   жесткого   реального   времени.   Прежде   всего, сама по себе Windows NT делает весьма успешные попытки потеснить ОСРВ. Тем не менее, Windows NT имеет ряд ограничений. Такие ее особенности, как предпочтение аппаратного прерывания программному (даже если это простое движение   мыши),   выполнение   в   подпрограмме   обработки   аппаратных прерываний   лишь   необходимых   действий   с   выполнением   последующей обработки   через   очередь   отложенных   процедур,   отсутствие   приоритетной обработки процессов в очереди отложенных процедур, не позволяют отнести Windows NT к категории классических ОС реального времени. Ряд фирм (LP Elektronik, Imagination Systems, RadSys, Spectron Microsystems, VenturCom) предприняли  более радикальные попытки превратить  Windows NT   в   ОС   жесткого   реального   времени.   Рассмотрим   некоторые   ключевые особенности реализации такой идеи на подсистеме реального времени RTX (Real   Time   Extension),   предложенной   фирмой   Ventur   Com.   Именно   эта реализация получает в настоящее время наиболее широкое распространение. (см. Продолжая разговор о расширениях реального времени для Windows NT , А. Жданов МКА 98/2). Фирмы­разработчики SCADA­систем незамедлительно начали   предлагать   применение   новых   решений.   Так,   набор   прикладных интерфейсов программирования RTX 4.1 (Ventur Com) в FIX позволяет:  осуществлять полный контроль над задачами реального времени;  использовать фиксированную систему из 128 приоритетов для контроля RTX­задач;  применять стандартные средства обмена данными между задачами;  обращаться к стандартным функциям из Win32 API. Появление   подобных   решений,   во­первых,   наносит   очередной   удар   по SCADA­системам   на   базе   ОСРВ,   поскольку   отнимает   (хотя   и   достаточно искусственно) у них очень важный козырь преимущества жесткого реального времени,   заложенные   в   ОСРВ,   и,   во­вторых,   теснит   применение   ОСРВ   во встраиваемых системах. Эксплуатационные характеристики Эксплуатационные   характеристики   SCADA­системы   имеют   большое значение, поскольку от них зависит скорость освоения продукта и разработки прикладных   систем.   Они   в   конечном   итоге   отражаются   на   стоимости реализации проектов. Удобство   использования.   Следует   отметить,   что   сервис,   предоставляемый SCADA­системами на этапе разработки прикладного ПО, обычно очень высок это вытекает из основных требований к таким системам. Почти все они имеют Windows­подобный   пользовательский   интерфейс,   что   во   многом   повышает удобство   их   использования,   как   в   процессе   разработки,   так   и   в   период эксплуатации прикладной задачи. Наличие и качество поддержки. Необходимо обращать внимание не только на наличие   технической   поддержки   SCADA­систем,   как   таковой,   но   и   на   ее качество.   Для   зарубежных   систем   в   России   возможны   следующие   уровни поддержки:   услуги   фирмы­разработчика;   обслуживание   региональными представителями   фирмы­разработчика;   взаимодействие   с   системными интеграторами. Судя по большому количеству установок зарубежных систем, исчисляющихся   в   тысячах   (InTouch   80000,   Genesis   30000),   можно предположить, что поддержка этих системдостаточно эффективна.   содержащими   штаты   Отечественные   системы,   несмотря   на   сравнительно   малые   количества установок по сравнению с системами ведущих зарубежных фирм (имеется в виду   глобальный   рынок),   создавались   и   поддерживаются   фирмами­ разработчиками, высокопрофессиональных программистов,   которые   имеют   все   предпосылки   для   качественного технического обслуживания своих продуктов. Так, для освоения Trace Mode фирма   AdAstra   предоставляет   полную   документацию   на   русском   языке, организует периодические курсы обучения, реализует горячую линию , готова по   заказу   внести   в   систему   функциональные   изменения   или   разработать необходимые драйверы. Русификация. Любая система управления, имеющая интерфейс с оператором, должна допускать возможность общения с человеком на его родном языке. Поэтому   крайне   важна   возможность   использования   в   системе   различных шрифтов   кириллицы,   ввод/вывод   системных   сообщений   на   русском   языке, перевод   документации,   различных   информационных   материалов.   Для некоторых систем (Image, Trace Mode) эта проблема вообще отсутствует, так как они разрабатывались отечественными фирмами. Для многих зарубежных продуктов проблема русификации в значительной мере снимается, во всяком случае,   для   подсистем   исполнения   или   подсистем   исполнения   (RunTime), если они используют наборы шрифтов Windows. Часть зарубежных систем имеют   переводы   документации   на   русский   язык   (InTouch).   Нужна   ли русифицированная среда разработки? Положительный ответ не очевиден. Но если да , то среда, обязательно протестированная и рекомендованная фирмой­ разработчиком. Так как с технической точки зрения проблем с русификацией нет (использование редакторов ресурсов из любой среды разработки Borland C++, Visual C++), то проблема лишь в легитимности этой процедуры. Интеграция многоуровневых систем автоматизации от   различных   датчиков   через   устройства   сопряжения, Схематично  уровни управления предприятием  показаны  на  рис.3. SCADA­ системы ответственны за получение информации с уровня Управления, снизу , т.е.   от   поставляющих   информацию   для программируемых   контроллеров, непосредственного   управления   производственным   процессом.   Далее информация   с   уровня   Управления   поступает   на   вход   SCADA­систем.   На SCADA­уровне   возможно   оперативное   управление   процессом,   принятие тактических   решений   на   основе   информации,   полученной   на   уровне Управления.   Сам   процесс   поступления   информации   на   производстве происходит   и   сверху   ,   и   снизу   .   Сверху   формируется   информация, отвечающая за работу предприятия в целом, осуществляется планирование производства. На рис.4 дана информационная модель предприятия. Рис. 3. Уровни управления предприятием   Точная,   своевременная,   достоверная   информация   на   каждом   уровне производства   позволяет   оценить   уровень   издержек,   качество   и конкурентоспособность   продукции.   Для   организации   связи   между информацией   сверху   и   снизу   необходим   класс   инструментальных   средств управления   производством,   ответственный   за   доставку   данных   в   реальном времени с уровня Управления наверх и в обратном направлении, с возможной обработкой этих данных. Поэтому достаточно важным критерием сравнения инструментальных средств, поддерживающих разработку АСУ ТП, является наличие средств доставки информации со SCADA­уровня наверх, на уровень планирования производства. Ряд фирм (Intellution, Wonderware) предлагает продукты   (Fix   BOS,   InTrack,   InBatch),   представляющие   собой   системы управления производством. Основное их назначение заключается в создании прикладных   программ,   моделирующих   и   прослеживающих   каждую   стадию производственных   процессов   от   загрузки   сырья   до   выпуска   готовой продукции. Рис. 4. Информационная модель предприятия   Огромное   стратегическое   значение   имеет   то,   насколько   инструментальные системы АСУ ТП связаны с Microsoft BackOffice Suite, поскольку последние стали   распространенными   офисными   программными   продуктами.  Поэтому, например,   все   продукты   FactorySuite   компании   Wonderware   легко интегрируются с такими продуктами, как Microsoft SQL Server, Windows NT Server,   System   Management   Server,   SNA   Server   и   Mail­Server.   Фирма Wonderware   предлагает   IndustrialSQL   Server,   позволяющий   регистрировать данные в реальном времени. Источником данных могут быть InTouch­серверы ввода­вывода. Построен же IndustrialSQL Server на базе Microsoft SQL Server. Это существенно расширяет возможности всего производственного персонала в   смысле   возможности   доступа   к   полной   информации   о   любом   этапе производства. Все более актуальным становится требование передачи как статической (в определенные   моменты   времени),   так   и   динамической   (постоянно) информации на web­узлы. Появившиеся в некоторых web­браузерах объекты ActiveX   (в   четвертой   версии   Microsoft   Explorer,   например)   позволяют передавать данные из SCADA­системы на web­страницы. Но существуют и более   многофункциональные   компоненты   типа   Scout   фирмы   Wonderware, обеспечивающие   возможность   доступа   к   системам   автоматизации   на   базе InTouch   через   Internet/Intranet   и   позволяющие   удаленному   пользователю взаимодействовать с прикладной задачей автоматизации, как с простой WEB­ страницей. Заключение По   функциональным   возможностям   все   рассмотренные   системы   в   целом сравнимы. Технология программирования близка к интуитивному восприятию автоматизируемого   процесса.   Плюс   мощное   объектно­ориентированное программирование,   используемое   в   большинстве   этих   пакетов,   делает   эти продукты   легкими   в   освоении   и   доступным   для   широкого   круга пользователей.  Все   системы   можно   считать   открытыми,   обеспечивающими   возможность дополнения   функциями   собственной   разработки,   имеющими   открытый протокол   для   разработки   собственных   драйверов,   развитую   сетевую поддержку,   возможность   включения   ActiveX­объектов   и   доступность   к стандартным базам данных.  Важной   особенностью   всех   SCADA­систем   является   количество поддерживаемых   разнообразных   ПЛК.   Системы   InTouch,   Factory   Link, GENESIS, RealFlex поддерживают десятки и сотни драйверов, что делает их безусловными лидерами по этому показателю. Построение прикладной системы на основе любой из рассмотренных SCADA­ систем резко сокращает набор необходимых знаний в области классического программирования, позволяя концентрировать усилия по освоению знаний в самой прикладной области. У   разработчиков   SCADA­систем   на   платформе   Windows   NT   появилась возможность   использовать   расширение   реального   времени   (RTX),   чтобы преодолеть недостатки Windows NT в задачах реального времени. Следует   отметить   тенденции   включения   SCADA­систем   в   системы комплексной   автоматизации   предприятия.   Это   обеспечивает   точную, своевременную информацию на каждом уровне производства.  Применение   в   SCADA­системах   новых   технологий,   разработка инструментальных   средств   комплексной   автоматизации   предприятия свидетельствуют о стремлении и возможности фирм­разработчиков постоянно совершенствовать свои продукты, что является немаловажным фактором при выборе инструментального средства, даже если не все его технологические решения в ближайшее время будут использованы Вами. Коль   скоро   общее   поле   деятельности   ведущих   компаний­производителей описываемых инструментальных систем сегодня концентрируется в области MS   Windows   NT,   коль   скоро   общие   технические   возможности   систем достаточно   близки,   то   главный   упор   делается   на   качество   технической поддержки, на качество обучения пользователей, на концентрацию и качество дополнительных   комплексных   услуг   по   освоению   и   внедрению   конечной системы управления. Другими словами на сокращение издержек системных интеграторов и конечных пользователей на инжиниринг и менеджмент своих проектов,   на   уменьшение   стоимости   сопровождения   конечной   системы. Именно эти показатели сегодня, в основном, влияют на рейтинг и рыночный успех той или иной SCADA­системы. Пожалуй, эти показатели даже более важны, чем абсолютные стоимостные характеристики SCADA. Большинство   систем   автоматизации   функционирует   с   участием   человека (оператора,   диспетчера).   Интерфейс   между   человеком   и   системой   называют человеко­машинным   интерфейсом   (ЧМИ),   в   зарубежной   литературе ­ HMI (Human­Machinery   Interface)   или MMI(Man­Machinery   Interface).   В частном   случае,   когда   ЧМИ   предназначен   для   взаимодействия   человека   с автоматизированным   технологическим   процессом,   его   называют   SCADA­ системой (Supervisory Control And Data Acquisition). Этот термин переводится буквально как "диспетчерское управление и сбор данных", но на практике его трактуют   гораздо   шире,   а   современные   SCADA­пакеты   включают   в   себя широчайший набор функциональных возможностей, далеко выходящий за рамки сбора данных и диспетчерского управления. 9.4.1. Функции SCADA Существующие   в   настоящее   время   SCADA­пакеты   выполняют   множество функций, которые можно разделить на несколько групп: o наcтройка SCADA на конкретную задачу (т. е. разработка программной части системы автоматизации); o диспетчерское управление; o автоматическое управление; o хранение истории процессов; o выполнение функций безопасности; o выполнение общесистемных функций. Несмотря   на   множество   функций,   выполняемых   SCADA,   основным   ее отличительным признаком является наличие интерфейса с пользователем. При отсутствии   такого   интерфейса   перечисленные   выше   функции   совпадают   с функциями   средств   программирования   контроллеров,   а   управление   является автоматическим, в противоположность диспетчерскому. Качество решений, принятых оператором (диспетчером), часто влияет не только на качество производимой продукции, но и на жизнь людей. Поэтому комфорт рабочего места, понятность интерфейса, наличие подсказок и блокировка явных ошибок   оператора   являются   наиболее   важными   свойствами   SCADA,   а дальнейшее их развитие осуществляется в направлении улучшения эргономики и создания экспертных подсистем. Иногда   SCADA   комплектуются   средствами   для   программирования контроллеров, однако эта функция вызвана коммерческими соображениями и слабо связана с основным назначением SCADA. В   SCADA­пакетах   используют   понятие   аларма   и   события. Событие ­   это изменение   некоторых   состояний   в   системе.   Примерами   событий   могут   быть включение   перевалки   зерна   в   элеваторе,   завершение   цикла   периодического процесса  обработки  детали, окончание  загрузки бункера, регистрация нового оператора и т.  п. События не требуют срочного  вмешательства  оператора, а просто информируют его о состоянии системы. В   отличие   от   события, аларм (от   английского   "alarm"   ­   "сигнал   тревоги") представляет   собой   предупреждение   о   важном   событии,   в   ответ   на   которое нужно срочно предпринять некоторые действия. У английского слова "аларм" имеется точный русский перевод ­ "сигнал тревоги" или "аварийный сигнал", однако   термин   "аларм"   уже   прочно   вошел   в   лексикон   промышленной автоматизации. Примерами   алармов   может   быть   достижение   критической   температуры хранения   зерна   в   элеваторе,   после   которого   начинается   его   возгорание, достижение   критического   значение   давления   в   автоклаве,   после   которого возможен разрыв оболочки, срабатывание датчика открытия охраняемой двери, превышение допустимого уровня загазованности в котельной и т.п. В   связи   с   тем,   что   алармы   требует   принятия   решения,   их   делят на подтвержденные инеподтвержденные. Подтвержденным называется аларм, в ответ  на который оператор  ввел  команду  подтверждения.  До этого  момента аларм считается неподтвержденным. Рис. 9.13. Пример назначения интервалов аналоговым алармам Алармы   делятся   надискретные ианалоговые.   Дискретные   сигнализируют   об изменении   дискретной   переменной,   аналоговые   алармы   появляются,   когда непрерывная   переменная   входит   в   заранее   заданный   интервал   своих значений.   В   качестве   примера   на рис.   9.13 показано   деление   всего   интервала изменения переменной   на интервалы "Норма", "Внимание" (предаварийное состояние) и "Авария": o аларм   "Внимание"   возникает   при  <  <  наблюдаемой переменной и при  o аларм "Авария" возникает при  < < .  во   время   нарастания <  во время ее уменьшения; Каждая критическая граница на рис. имеет зону нечувствительности (мертвую зону),   которая   нужна   для   того,   чтобы   после   снятия   состояния   аларма переменная не могла вернуться в него вследствие случайных выбросов в системе (шумов). Границы зон на рис. 9.13 могут изменяться с течением времени. Аналогичные   границы   могут   быть   назначены   для   скорости   изменения переменной (для производной функции  наклона касательной к кривой  Методика выдачи алармов должна быть надежной. В частности, всплывающие окна   с   сообщениями   алармов   должны   быть   всегда   поверх   остальных   окон, алармы могут дублироваться звуком и светом. Поскольку алармов в системе может быть много, им назначают разные приоритеты, разные громкости и тоны звукового сигнала и т. п. ), которая определяется как угол  . Разработка человеко-машинного интерфейса Одной из основных функций SCADA является разработка человеко­машинного интерфейса, т.е. SCADA одновременно является и ЧМИ, и инструментом для его   создания.   Быстрота   разработки   существенно   влияет   на   рентабельность фирмы, выполняющей работу по внедрению системы автоматизации, поэтому скорость разработки является основным показателем качества SCADA с точки зрения   системного   интегратора.   В   процесс   разработки   входят   следующие операции: o создание   графического   интерфейса   (мнемосхем,   графиков,   таблиц, всплывающих окон, элементов для ввода команд оператора и т д.); o программирование и отладка алгоритмов работы системы автоматизации. Многие   SCADA   позволяют   выполнять   отладку   системы   как   в   режиме эмуляции оборудования, так и с подключенным оборудованием; o настройка   системы   коммуникации   (сетей,   модемов,   коммуникационные контроллеров и т п.); o создание баз данных и подключение к ним SCADA. SCADA как система диспетчерского управления Как система диспетчерского управления SCADA может выполнять следующие задачи: o взаимодействие с оператором (выдача визуальной и слуховой информации, передача в систему команд оператора); o помощь оператору в принятии решений (функции экспертной системы); o автоматическая сигнализация об авариях и критических ситуациях; o выдача информационных сообщений на пульт оператора; o ведение журнала событий в системе; o извлечение информации из архива и представление ее оператору в удобном для восприятия виде; o подготовка отчетов (например, распечатка таблицы температур, графиков смены операторов, перечня действий оператора); o учет наработки технологического оборудования. SCADA как часть системы автоматического управления Основная часть задач автоматического управления выполняется, как правило, с помощью ПЛК, однако часть задач может возлагаться на SCADA. Кроме того, во многих небольших системах управления ПЛК могут вообще отсутствовать и тогда компьютер с установленной SCADA является единственным средством управления.   SCADA   обычно   выполняет   следующие   задачи   автоматического управления: o автоматическое регулирование; o управление последовательностью операций в системе автоматизации; o адаптация к изменению условий протекания технологического процесса; o автоматическая   блокировка   исполнительных   устройств   при   выполнении заранее заданных условий. Хранение истории процесса Знание   предыстории   управляемого   процесса   позволяет   улучшить   будущее поведение   системы,   проанализировать   причины   возникновения   опасных ситуаций   или   брака   продукции,   выявить   ошибки   оператора.   Для   создания истории система выполняет следующие операции: o сбор   данных   и   их   обработка   (цифровая   фильтрация,   интерполяция, сжатие, нормализация, масштабирование и т. д.); o архивирование  данных  (действий оператора,  собранных  и обработанных данных,   событий,   алармов,   графиков,   экранных   форм,   файлов конфигурации, отчетов и т. п.); o управление базами данных (реального времени и архивных). Безопасность SCADA Применение   SCADA   в   системах   удаленного   доступа   через   интернет   резко повысило   уязвимость   SCADA   к   действиям   враждебных   лиц.   Пренебрежение этой   проблемой   может   приводить,   например,   к   отказу   в   работе   сетей электроснабжения, жизнеобеспечения, связи, отказу морских маяков, дорожных светофоров, к заражению воды неочищенными стоками и т.п. Возможны и более тяжелые последствия с человеческими жертвами или большим экономическим ущербом. Для повышения безопасности SCADA используют следующие методы: o разграничение   доступа   к   системе   между   разными   категориями пользователей   (у   сменного   оператора,   технолога,   программиста   и директора   должны   быть   разные   права   доступа   к   информации   и   к модификации настроек системы); o защиту   информации   (путем   шифрования   информации   и   обеспечения секретности протоколов связи); o обеспечение безопасности оператора благодаря его отдалению от опасного управляемого   процесса   (дистанционное   управление).   Дистанционный контроль и дистанционное управление являются типовыми требованиями Ростехнадзора   и   выполняются   по   проводной   сети,   радиоканалу   (через GSM­ или радиомодем), через интернет и т.д.; o специальные методы защиты от кибер­атак; o применение межсетевых экранов. Общесистемные функции Поскольку SCADA обычно является единственной программой для управления системой   автоматизации,   на   нее   могут   возлагаться   также   некоторые общесистемные функции: o осуществление   взаимодействий   между   несколькими   SCADA,   между SCADA и другими программами (MS Office, базой данных, MATLAB и т.п.); o диагностика аппаратуры, каналов связи и программного обеспечения. 9.4.2. Свойства SCADA Анализ свойств различных SCADA позволяет выбирать систему, оптимальную для решения поставленной задачи. Все многообразие свойств SCADA­пакетов можно разбить на следующие группы: o инструментальные свойства; o эксплуатационные свойства; o свойства открытости; o экономическая эффективность. Инструментальные свойства К инструментальным относятся свойства SCADA, влияющие на эффективность работы системных интеграторов: o быстрота разработки проекта; o легкость освоения; o поддерживаемые средства коммуникации; o наличие функций для сложной обработки данных; o наличие языков МЭК 61131­3 и универсального алгоритмического языка типа Visual Basic; o степень   открытости   для   разработчика   (поддержка   COM   и   ActiveX   для подключения программных модулей пользователя, а также OPC, ODBC, OLE DB; o качество   технической   документации   (полнота,   ясность   изложения, количество ошибок); o наличие режима эмуляции оборудования для отладки; o наличие внутренних графических редакторов, позволяющих отказаться от применения   внешних   редакторов   типа   CorelDraw   или   Photoshop; поддержка типовых графических форматов файлов; o качество   технической   поддержки   (время   реакции   на   вопросы пользователей, наличие "горячей линии" технической поддержки. SCADA используют языки программирования МЭК 61131­3, ориентированные на технологов, которые дополняются функциями, специфическими для SCADA. Большинство SCADA имеют встроенный редактор и интерпретатор языка Visual Basic фирмы Microsoft. Эксплуатационные свойства Качество   SCADA   в   процессе   эксплуатации   оценивается   конечными пользователями и характеризуется следующим набором свойств: o робастность (нечувствительность к ошибкам пользователя, защищенность от   вандалов   и   враждебных   элементов,   устойчивость   к   ошибкам   в исходных данных); o надежность; o информационная защищенность; o наличие   средств   сохранения   данных   при   нештатных   ситуациях, отключениях питания и сбоях; o наличие   автомата   перезапуска   системы   при   ее   зависании   или   после прерывания питания; o поддержка   резервирования   SCADA   (операторской   станции,   сетевых серверов, клиентских рабочих станций, резервное копирование данных); o поддержка   переключения   экранов   с   разной   детализацией   изображений; поддержка нескольких мониторов. Степень открытости Степень   открытости   очень   сильно   влияет   на   экономическую   эффективность системы, однако это влияние носит случайный характер, поскольку зависит от степени использования свойств открытости в конкретном проекте. Открытость   для   программирования   пользователем   SCADA   обеспечивается возможностью подключения программных модулей, написанных пользователем или   другими   производителями.   Это   обычно   достигается   тем,   что   SCADA разрабатывается   как   контейнер   для   СОМ­объектов   и   ActiveX   элементов. Совместимость   с   аппаратурой   и   базами   данных   других   производителей достигается с помощью стандарта ОРС, применением интерфейса ODBC или OLE   DB.   Открытость   системы   программирования   достигается   поддержкой языков МЭК 61131­3. Особенно  интересно  с точки зрения  открытости  применение  веб­интерфейса, поскольку он обеспечивает доступ к SCADA с любого компьютера из любой точки   мира,   независимо   от   аппаратной   платформы,   типа   канала   связи, операционной системы и используемого веб­навигатора. Экономическая эффективность Экономическую   эффективность   SCADA   можно   определить   как   отношение экономического эффекта от ее внедрения к общей сумме затрат на внедрение и поддержание   системы   в   работоспособном   состоянии.   На   экономическую эффективность  в  конечном   счете   влияют  практически  все свойства  SCADA, однако в первую очередь можно выделить следующие: o масштабируемость (возможность применения как для больших, так и для малых систем); o модульность.   Модульность   позволяет   сделать   заказную   комплектацию системы   в   зависимости   от   поставленной   задачи.   Типовыми   модулями могут   быть,   например,   модуль   ввода­вывода,   модуль   визуализации, модуль алармов, модуль трендов, модуль отчетов, модуль коммерческого учета энергоресурсов и др.; o стоимость обслуживания; o условия обновления версий; o надежность поставщика, наличие опыта практического применения; o стоимость обучения; o стоимость технической поддержки; o методы ценообразования. Общим недостатком универсальных SCADA является их низкая экономическая эффективность при использовании для решения простых задач. Несмотря на то, что цена SCADA­пакетов существенно снижается при уменьшении количества доступных   пользователю   тегов   и   набора   модулей,   остается   высокой   цена технической   поддержки.   Также   дорогой   (трудоемкой)   остается   адаптация универсальной  SCADA   к  конкретной  задаче.  Поэтому   ряд  фирм   предлагают более   узкоспециализированные,   но   достаточно   простые   в   настройке   микро­ SCADA с сокращенной функциональностью, см., например, пакет RLDataView.   SCADA   9.4.3. Программное обеспечение В   настоящее   время   наиболее   распространенными   отечественными универсальными (ИнСАТ, www.masterscada.ru), Trace Mode (AdAstrA Research Group, Ltd, www.adastra.ru), Круг­2000   (НПФ   "КРУГ",   www.krug2000.ru)   и   САРГОН   (НВТ­Автоматика, nvt.msk.ru).   Все   системы   удовлетворяют   основным   требованиям   к   SCADA, описанным выше, и успешно конкурируют с зарубежными аналогами. Ниже мы рассмотрим   отличительные   особенности   двух   наиболее   известных   пакетов: MasterSCADA и Trace Mode.   MasterSCADA   являются MasterSCADA Система MasterSCADA фирмы ИнСАТ [Аблин]   предназначена   для   создания полномасштабных   систем   автоматизации   в   различных   отраслях промышленности.   Основной   ее   особенностью   является объектный   подход, использованный на уровне описания системы при ее настройке на конкретный объект   автоматизации.   Например,   цех,   участок,   технологический   блок   и физическое   устройство   при   создании   проекта   с   помощью   MasterSCADA рассматриваются как отдельные объекты. Для каждого объекта создается свое описание на технологическом языке программирования. Описание включает в себя свойства объекта и документы объекта. Свойствами могут быть период опроса, способ линеаризации датчика, диапазон входных сигналов. Документами объекта являются его изображение, мнемосхема, график изменения переменных и   т.   п.   Любой   документ   в   системе   относится   к   некоторому   объекту.   Такой подход позволяет легко размножать один раз созданные объекты, что повышает скорость настройки SCADA на задачу пользователя. К признакам объектного подхода относится также возможность наследования всех настроек от "родительских" объектов. Это означает, что в MasterSCADA нет  необходимости  вводить  настройки  для  каждого  типа  объектов   "с нуля". Можно   использовать   наследование   этих   настроек   от   родительского   объекта, изменив в них только те параметры, которые отличают родителя от потомка. Созданные объекты можно копировать с целью многократного использования. При   копировании   объекта   сохраняются   все   связанные   с   ним   документы   и свойства.   Связи   с   внешними   источниками   и   приемниками   данных восстанавливаются после копирования, если в системе имеются такие источники или   свободные   приемники   данных   (физические   устройства).   Это   позволяет пополнять библиотеку объектов вновь созданными экземплярами и использовать объекты, созданные другими разработчиками. Trace Mode SCADA­система Trace   Mode 6   фирмы   AdAstrA   состоит   из   инструментальной системы и набора исполнительных модулей. В состав Trace Mode 6 входят также средства управления бизнес­процессами производственного предприятия. Для   увеличения   скорости   разработки   проекта   пользователя   применяется оригинальная технология автопостроения. Автоматически в SCADA могут быть построены: o источники   данных   ПЛК   и   модулей   ввода­вывода   по   известной конфигурации; o каналы по источникам данных; o связи каналов из редактора аргументов; o связи контроллер­сервер и сервер­сервер; o SQL­запросы; o связи с OPC­сервером; o связь с ODBC. Автопостроение   позволяет   снизить   количество   ошибок,   допускаемых пользователем при ручном создании проекта. В   пятой   версии   Trace   Mode   инструментальная   система   представлена   в   виде отдельных компонентов, в 6­ой использована интегрированная среда разработки. В систему Trace M ode 6 включены пять языков программирования – Techno SFC,   Techno   LD,   Techno   FBD,   Techno   ST,   и   Techno   IL,   которые   являются расширениями соответствующих языков стандарта МЭК 61131­3. 9.5. Заключение к главе "Программное обеспечение" Основными   тенденциями   развития   программного   обеспечения   для   средств автоматизации являются максимальное упрощение процесса программирования и обеспечение открытости инструментальных средств. Конечной целью является предоставление   потребителю   возможности   построения   качественной   системы автоматизации в максимально короткий срок. Долгий   период   неопределенности   в   средствах   программирования   ПЛК   и SCADA   пакетов   завершился   принятием   общепризнанного   стандарта   МЭК 61131­3   и   созданием   на   его   основе   инструментальных   средств программирования, которые поддерживаются фирмами, специализирующимися на программном обеспечении. Существенный вклад в открытость систем автоматизации внес стандарт OPC, обеспечивший   системным   интеграторам   широчайший   выбор   аппаратного обеспечения,   совместимого   с   любыми   стандартными   SCADA   пакетами,   а разработчикам контроллерного оборудования ­ расширение рынков сбыта.