Введение
Информационные системы, являющиеся частью автоматизированных систем управления сложными технологическими процессами, служат для сбора, хранения и расчета данных. Эти системы постоянно совершенствуются с развитием технических средств и программного обеспечения, что позволяет анализировать технологическую обстановку и находить оптимальный вариант технологического процесса по алгоритмам математических моделей объекта управления.
В настоящее время широко внедряются адаптивные централизованные системы управления с использованием SCADA-систем
SCADA - это система, которая собирает и обрабатывает данные с промышленных датчиков и агрегатов, позволяя операторам принимать более разумные и быстрые решения. SCADA-система является как часть более крупной промышленной системы управления и имеет иерархическую структуру. Центральный компьютер использует драйвер ввода-вывода или сервер OPC / DDE для связи с объектами.
Диспетчерский контроль и сбор данных (SCADA) является главной компонентой автоматического управления сложными динамическими системами в инфраструктурных объектах.
Цель статьи – провести аналитический обзор основных параметров АСУ ТП и показать примеры использования SCADA-систем в системах управления. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Проанализировать, как развивались и менялись с внедрением в них SCADA-систем АСУ ТП;
2. Особенности SCADA-систем в системах автоматического управления;
1АСУ ТП и диспетчерское управление
1.1 Развитие АСУ ТП
Системы автоматического регулирования (САР). Объектами, которыми управляют САР являются отдельные параметры агрегатов и машин.
На этом этапе объектами управления становятся системы, распределенные в пространстве. Соответственно и системы управления становятся распределенными (РСУ), которые реализуют более сложные законы управления и решаются оптимальные и адаптивные задачи управления.
На третьем этапе внедряются компьютерные технологии. Активно разрабатываются человеко-машинные системы управления на базе микропроцессорных контроллеров и наконец, диспетчерское управление, на основе использования автоматических информационных систем для обработки данных.
1.2 Функции диспетчера
По мере прогресса САУ также изменились функции персонала (операторов / диспетчеров). Расширяется объем задач, решаемых на уровне управления, появляются качественно новые задачи, которые ранее носили вспомогательный характер или были связаны с другим уровнем управления.
Основой для эффективной реализации управления с очевидными динамическими характеристиками является информационная работа, то есть процесс сбора, обработки, отображения и представления информации.
Диспетчерам требуются не только знания в области технологических процессов, базовые знания в области управления ими, но и опыт работы в информационных системах, способность принимать решения в чрезвычайных ситуациях. Диспетчеры становятся основными участниками управления технологическими процессами.
2 SCADA-системы: общие понятия и структуры
2.1 Определение и общая структура SCADA
SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) - это процесс сбора информации в реальном времени из удаленных точек (объектов) для обработки, анализа информации и возможного управления удаленными объектами. Требование к обработке в реальном времени связано с необходимостью передачи всех событий (сообщений) и данных (проблем) на центральный интерфейс диспетчера. В то же время для разных систем SCADA концепция реального времени также различна. Использование технологии SCADA обеспечивает высокий уровень автоматизации при решении таких задач, как разработка систем управления, сбор, обработка, передача, хранение и отображение информации. [2]
Прототипом современной системы SCADA является система телеметрии и сигнализации на ранних стадиях разработки системы управления автоматизацией. Все современные системы SCADA включают в себя три основных структурных компонента:
· Remote Terminal Unit (RTU) - удаленный терминал, который выполняет обработку (управление) задач в режиме реального времени. Его конкретная реализация определяется конкретным приложением. [3]
· Master Terminal Unit (MTU), Master Station (MS) - диспетчерская выполняет обработку и управление данными на высоком уровне, обычно в режиме реального времени; одна из основных функций - обеспечить интерфейс между человеком-оператором и системой (HMI, MMI). [3]
· Communication System (CS) - система связи (канал связи) - необходима для передачи данных из удаленной точки (объекта, терминала) на центральный интерфейс диспетчера оператора и передачи управляющих сигналов в RTU [3].
2.2 Основные функции и области применения
SCADA-системы позволяют разрабатывать АСУ ТП на клиент-серверной или в распределённой архитектуре и реализовывать многофункциональные системы [6]. Следует отметить сбор текущей информации от ПЛК и от устройств связи с объектом (УСО). Системы хранения и обработки информации, представление информации в виде анимационных изображений, таблиц, графиков, выделение аварийных ситуаций и т.д. Защита от несанкционированного доступа и предоставление различных прав пользователям во время работы с системой.
Благодаря обширным функциональным возможностям SCADA – системы нашли широкое применение во всех сферах промышленности и в военном деле. В России выполняя программу правительства РФ импортозамещения, широко внедряется отечественная многофункциональная SCADA-система Trace Mode разработки фирмы AdAstra.
3 Характеристика SCADA.
3.1 Технические характеристики.
SCADA-система реализуется в существующих компьютерных устройствах. В системах SCADA, таких как RealFlex и Sitex, основой программной платформы является единая операционная система в реальном времени QNX. Важной особенностью современных систем автоматизации является их высокая степень интеграции. Для обработки информации многие SCADA-системы используют ANSI SQL-синтаксис, независимый от типа базы данных. Функционально графический интерфейс системы SCADA содержит графический объектно-ориентированный редактор с определенными функциями анимации.
Каналы связи современных диспетчерских систем очень специфичны, так структурный компонент SCADA-систем, как CS использует не только разнообразные каналы связи (ISDN, ATM и пр.), но и корпоративные компьютерные сети, и специализированные индустриальные шины.
Из различных промышленных шин, используемых во всем мире, стоит выделить наиболее популярные и перспективные в настоящее время индустриальные шины Ethernet и PROFIBUS.
3.2 Диспетчерские пункты управления (MTU)
В зависимости от конкретной системы MTU может быть реализован в самом разнообразном виде – от одиночного компьютера с дополнительными устройствами подключения к каналам связи до больших вычислительных систем и/или объединенных в локальную сеть рабочих станций и серверов. Как правило, и при построении MTU используются различные методы повышения надежности и безопасности работы системы. [4]
4 Обмен данных, взаимодействие с контроллерами.
Современные системы SCADA не ограничивают выбор устройств более низкого уровня (контроллеров) и имеют возможность создавать собственные программные модули для новых устройств более низкого уровня. В настоящее время для подключения драйверов ввода / вывода к системе SCADA используется новый протокол OPC – это набор протоколов и технологий, которые обеспечивают единый интерфейс для управления объектами автоматизации и техническими процессами. Именно этот протокол обеспечивает связь со всеми отечественными ПЛК. Добавив серверы OPC, производители оборудования получили доступ к своим продуктам для каждой системы SCADA. Стандарт ОРС приходит на смену DDE-обмена. [5]
Технология OPC включает в себя несколько стандартов, которые описывают ряд функций для определенной цели. Наиболее распространённый стандарт - OPC DA (Data Access). Описывает ряд функций для обмена данными в реальном времени с ПЛК, РСУ, ЧМИ, ЧПУ и другими устройствами [1]. OPC AE (Alarms & Events)— предоставляет функции уведомления по требованию о различных событиях: аварийным ситуациям, действиям оператора и другие [5].
Заключение:
В статье проведён анализ развития АСУ. Исследовали особенности SCADA-систем, а также интерфейсы обмена данных.
Независимо от функциональных характеристик АСУ ТП, подавляющее большинство SCADA-систем в основном обеспечивают сбор данных с различных датчиков и устройств ввода/вывода, представление и архивирование собранной информации. Однако, это не мешает SCADA оставаться основным и наиболее перспективным методом автоматизированного управления сложными динамическими системами (процессами).
Библиографическая ссылка
Акимцев А.В., Астапов В.Н. АДАПТИВНЫЕ ЦЕНТРАЛИЗОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ SCADA-СИСТЕМ // Международный студенческий научный вестник. – 2022. – № 1. ;URL: https://eduherald.ru/ru/article/view?id=20836 (дата обращения: 26.04.2024).