Файл: Контрольная работа по дисциплине Интегрированные системы проектирования и управления.docx

2. процесс SCADA был разработан для систем, в которых любое неправильное воздействие может привести к отказу объекта управления или даже катастрофическим последствиям;

3. оператор несет, как правило, общую ответственность за управление системой, которая при нормальных условиях только изредка требует подстройки параметров для достижения оптимальной производительности;

4. активное участие оператора в процессе управления происходит нечасто и в непредсказуемые моменты времени, обычно в случае наступления критических событий (отказы, нештатные ситуации и пр.);

5. действия оператора в критических ситуациях могут быть жестко ограничены по времени (несколькими минутами или даже секундами).

6.Основные функции SCADA.

• 
  обмен данными с ПЛК или другими устройствами;
  
• 
  формирование интерфейса для оператора (отображение оперативной информации о технологическом процессе, обработка действий оператора, мнемосхемы, панели и т.д.);
  
• 
  формирование сигнализаций по технологическим параметрам;
  
• 
  управления сигнализациями, формирование журнала сигнализаций (технологических, системных);
  
• 
  формирование журнала действий оператора;
  
• 
  формирование пользовательских отчетов;
  
• 
  накопление и предоставление оператору исторических данных о технологическом процессе (тренды);
  
• 
  обеспечение интерфейса внешних приложений к оперативным и историческим данным.
  

SCADA была и остается одним из вариантов ЧМИ. Реализация средствами SCADA контуров управления или защит для промышленных решений не допускается. Все контуры управления и защит должны быть реализованы в ПЛК и функционировать независимо от SCADA. Кратковременное нарушение связи между ПЛК и SCADA не должно приводить к невозможности выполнения функций управления или защиты.

Для реализации необходимого функционала в SCADA выполняется несколько процессов, которые также называют серверами, приложениями или задачами. В зависимости от реализации и необходимой производительности, все серверы, процессы и приложения SCADA могут выполняться на одном физическом хосте или могут быть распределены между несколькими хостами.

В самом простом вариант все функции, приложения и процессы реализованы в одном приложении и функционируют на одном физическом хосте (под хостом понимается физический компьютер). При этом приложение на хосте используется и для обработки и накопления данных (в качестве сервера в/в, сервера сигнализации и исторического сервера), и для реализации интерфейса оператора (операторская консоль), и в качестве инженерной станции (настройка и внесение изменений в SCADA). В простых решениях резервирование SCADA выполняется простым дублированием хостов с SCADA приложением, хосты полностью независимы, никакой синхронизации данных и выполняемых функций между хостами не предполагается, каждый хост самостоятельно обменивается данными с ПЛК и ведет независимые архивы. Такое решение имеет ряд недостатков: с увеличением количества хостов увеличивается нагрузка на сеть и интерфейсы контроллеров, при «простое» хоста исторические данные будут частично потеряны, все изменения конфигурации

---

необходимо выполнять на каждом хосте, невозможно добиться полной синхронизации данных и событий по времени на разных хостах (хосты получают данные от ПЛК со сдвигом по времени). Если в системе более трех операторских консолей и объем в/в более 1000 переменных это решение уже не эффективно.

В более сложном варианте SCADA реализуется в клиент-серверной архитектуре, когда функции сервера в/в, сервера сигнализации, исторического сервера выполняются на одном высокопроизводительном хосте который называют SCADA-сервер, а для функций операторской консоли используются отдельные один или несколько хостов который называют SCADA-станция (станция оператора). Основная нагрузка по обработке данных в такой конфигурации ложится на SCADA-сервер. Станции оператора все данные получают с серверов и не имеют прямого доступа к ПЛК, обмен данными с ПЛК ведет только сервер. Пользовательская конфигурация SCADA хранится на сервере (конфигурация ввода/вывода, сигнализации, истории, экраны мнемосхем и т.д.).

В зависимости от реализации, изменения в операторском интерфейсе (мнемосхемы) могут автоматически реплицироваться с сервера на все станции оператора или копироваться на каждую станцию вручную.

Для больших систем как правило сервер в/в и сервер хранения истории выносят на отдельный хост, так как это наиболее ресурсоемкие процессы. В высокопроизводительных решениях для хранения всех данных (оперативных, исторических, конфигурации) используются SQL-серверы, некоторые разработчики дорабатывают стандартные SQL-серверы с целью увеличения производительности.

Практически во всех решениях SCADA-серверы резервируются. Резервирование реализуется двумя основными вариантами:

• 
  дублированные полностью независимые серверы, когда каждый сервер работает полностью независимо от другого, самостоятельно обменивается данными с ПЛК, независимо ведет историю процесса, формирует сигнализации и журналы. В данном решении нет понятия «основной» и «резервный» сервер. Внесение изменений в конфигурацию необходимо выполнять на каждом сервере. Синхронизация баз данных между серверами как правило не выполняется, хотя есть решения и с синхронизацией. Станции оператора в каждый момент времени подключены к одному из серверов, при отказе одного сервера станции переключаются на другой сервер. Переключение занимает некоторое время (до 10 секунд), что несколько «нервирует» операторов. Простота реализации обеспечивает достаточно высокую надежность и отказоустойчивость. В целом решение не очень удобное в эксплуатации, но вполне работоспособное для средних систем до пяти станций оператора.
  
• 
  «горячее» резервирование серверов, когда в каждый момент времени один сервер является «основным», второй «резервным». Под сервером в данном случае понимается не физический хост, а приложение или процесс, например сервер в/в или сервер сигнализации. Обмен данными с ПЛК ведет только основной сервер, резервный сервер синхронизирует свои базы оперативных и исторических данных с основным сервером. При отказе текущего основного сервера он переводится в режим «остановлен» или «резервный», а резервный переводится в режим «основной». При восстановлении отказавшего сервера, он в фоновом режиме синхронизирует репликации всех своих баз с основным сервером. В сложных решениях в нормальном режиме основные и резервные серверы (процессы, приложения) распределены между хостами, например основной сервер в/в будет на одном хосте, а основной сервер истории на другом. Станции оператора подключены к основному серверу (в некоторых решения возможно автоматическое распределение станций между основным и резервным сервером для балансирования нагрузки). При смене основного сервера станции переключаются «безударно», фактически никакого «переключения» нет, просто меняется путь к хосту основного сервера, оператор переключения не замечает. Решение с «горячим» резервированием более сложное, необходим эффективный алгоритм контроля работоспособности основного сервера, механизм распределения процессов между серверами, механизм синхронизации репликаций баз данных и контроль загрузки хостов и сети. Не у всех разработчиков решения содержат весь необходимый функционал, не всегда функционал выполнен качественно, не всегда обеспечена необходимая отказоустойчивость системы. На практике далеко не все решения, даже от крупных разработчиков, способны устойчиво работать при высокой нагрузке: более десяти операторских станций и десяти тысяч переменных (более 5 тысяч аналоговых переменных). При качественной реализации решение с «горячим» резервированием имеет несомненные преимущества, но стоимость будет значительно выше. При этом использовать бюджетные решения сомнительного качества на ответственных задачах очень рискованно.
  

---

7.Основные возможности современных SCADA-пакетов.

Исходя из требований, которые предъявляются к SCADA-системам, большинству современных пакетов присущи следующие основные возможности:

1. Автоматизированная разработка, позволяющая создавать ПО системы автоматизации без реального программирования.

2. Средства сбора и хранения первичной информации от устройств нижнего уровня.

3. Средства обработки первичной информации.

4. Средства управления и регистрации сигналов об аварийных ситуациях.

5. Средства хранения информации с возможностью ее постобработки (как правило, реализуется через интерфейсы к наиболее популярным базам данных).

6. Средства визуализации информации в виде графиков, гистограмм и т.п.

8.Выбор SCADA-системы

Выбор SCADA-системы является сложной многоаспектной задачей. Ее решением является компромисс между стоимостью, полнотой программного обеспечения, комфортностью, надежностью, техническим уровнем, и т.д. Во многих SCADA-системах имеются характерные базовые свойства, но возможности их реализации сильно различаются. Это объясняется необходимостью разработке дополнительного программного обеспечения (новые драйверы ввода-вывода, встроенные библиотеки, графические объекты и др.). Для сокращения этой процедуры важны три фактора: степень соответствия выбранной SCADA-системы задачам пользователя, понимание нюансов при реализации конкретной прикладной системы поставщиками SCADA-продукта, а также качеством осуществляемой ими технической поддержки. На выбор SCADA-системы большое влияние оказывают следующие свойства: вид, мощность и динамичность объекта автоматизации; класс систем автоматизации и контроля; учет дальнейшего распространения SCADA-системы на другие объекты автоматизации; имеющаяся платформа; типы и число контроллеров; расположение и число пультов операторов; число измеряемых величин на каждый пульт; применяемая сетевая архитектура; необходимость обработки измерительной информации; надежность. SCADA-системы различают по таким параметрам как мощность векторной графики; возможность работы с мультимедиа; формат экспорта и импорта изображений; особенность построения графиков, трендов; проектирование первичной переработки данных; тиражирование изображений; написание пользователем программ и т.д. Большинство SCADA-систем работают под Windows NT и поэтому используют одинаковую платформу, обладают одинаковыми функциональными и графическими возможностями, а приоритетными выступают такие критерии, как обмен данными, надежность работы, техническая поддержка, удобство работы и цена. На рис 2. приведена иерархия критериев, в соответствие с которыми оцениваются SCADA-системы. При выборе SCADA-системы необходимо отталкиваться от конкретной задачи, так как она определяет дальнейшее решение. SCADA-системы могут анализироваться в разных срезах и один из них: кто выбирает SCADA – конечный пользователь, например, технолог или системный интегратор, имеющий опыт в создания проектов. Процесс выбора включает в себя следующие стадии: составление технических требований к SCADA-системе; оценка выделенных SCADAсистем по отзывам пользователей; выделение двух–трех SCADA-систем, наиболее подходящих к объекту автоматизации; личное ознакомление со SCADA-системами, их тестирование; определение наилучшей SCADA системы и принятие решения.

---

Методов определения надежности SCADA-систем нет, хотя важность этого критерия составляет, по оценкам специалистов, 70 %. Косвенным показателем надежности является количество инсталляций, если их число превышает 1000, то роль этого показателя незначительна. На второй позиции, по мнению специалистов, расположен такой критерий, как обмен данными. Важными условиями являются поддержка стандартных сетевых протоколов и форматов данных, включая Web-технологии, наличие встроенных драйверов к отечественным и зарубежным контроллерам, а также производительность системы. Важную роль играют протоколы для организации взаимодействия между компонентами, которые могут быть расположены на одном или на разных узлах. Важнейшим критерием для российских пользователей является цена. Обычно, критерий выбора – это соотношение функциональность / стоимость. Пользователи в основном обращают внимание на связь цены системы от конфигурации, возможность получения новых версий и бесплатного обновления программ, а также наличие бесплатной системы разработки. Значительна роль технической поддержки в условиях высоких требований к оптимальному использованию конкретного высокотехнологичного продукта при ужесточении требований к ее квалификации и компетентности менеджеров систем. Зарубежные программы уступают по русификации документации, а также программного обеспечения, по качеству технической поддержки, наличию «горячей линии», а главное, по возможности поддержки от производителя. Критерий «удобство работы» в оценках специалистов имеет незначительное значение, хотя и вызывает наибольший интерес, например, возможность автоматического построения проекта, наличие стандартных языков математического описания данных и процессов, удобство работы с редакторами, универсальность, качество графики и стандартных изображений, эмуляция работы. В силу того, что производители SCADA-систем выпускают свои продукты для Windows NT, а общие технические возможности систем достаточно близки, 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 разработчиков, на инжиниринг и менеджмент своих проектов, на уменьшение стоимости сопровождения конечной системы. Рассмотренные показатели влияют на рейтинг и рыночный успех SCADA-системы. Эти показатели более важны, чем абсолютные стоимостные характеристики SCADA-систем. Тестирование SCADA-систем затрагивает вопросы языков программирования, коммуникационных протоколов, новых технологий. Это

---

требует полного изучения и анализа, который должен стать основой для разработки методики тестирования с целью определения максимальной производительности, функциональных возможностей или недостатков конкретной SCADA-системы. От того, кто проводит тестирование – журнал или организация для своих проектов зависит выбор методов тестирования и критериев. В первом случае упор делается на общие принципы построения продуктов, на поддерживаемые протоколы, на производительность и т.д., во втором случае учитываются особые, ориентированные на определенные проекты условия, следовательно, возможны специализированные методы тестирования. Использование методики сравнительного анализа, основанной на косвенных заключениях экспертов, является предпочтительной и повышает достоверность получаемой информации.



Рис 2. Критерии выбора SCADA-систем.

Заключение.

Функциональные возможности всех SCADA-систем в целом идентичны. Методика программирования близка к интуитивному восприятию автоматизируемого процесса. Применяемое в большинстве SCADA-систем объектно-ориентированное программирование делает их легкими в освоении и доступными для большого круга пользователей. Все SCADA-системы можно считать относительно открытыми, поддерживающими возможность дополнения функциями собственной разработки, имеющими открытый ОРС-протокол для разработки драйверов, доступность к стандартным базам данных, развитую сетевую поддержку и возможность включения объектов ActiveX. Важной особенностью систем является число поддерживаемых разнообразных контроллеров. Построение АСУТП на основе любой из SCADA-систем не требует от пользователя больших знаний классического программирования, позволяя концентрировать усилия по освоению знаний в прикладной области.

Список используемой литературы.

1. Андреев, Е.Б. SCADA-системы: взгляд изнутри / Е.Б. Андреев, Н.А. Куцевич, О.В. Синенко. – М.: Издательство «РТСофт», 2004. – 176 с.

2. Конюх, В.Л. Компьютерная автоматизация в промышленности / В.Л. Конюх. – М.: Издательство «Бестселлер», 2006. – 237 с.

3. Соснин О. М. Основы автоматизации технологических процессов и производств : учебное пособие для вузов / О. М. Соснин. - Москва : Академия, 2007. - 240 с.

---