для чего нужна scada система
Что такое Скада система и что собой представляет
SCADA-система – программно-аппаратный комплекс, предназначенный для контроля со стороны диспетчера и сбора данных. Терминология СКАДА видоизменялась со временем, совместно с развитием технологий автоматизации и управления. Например, SCADA системы восьмидесятых годов обозначали программно-аппаратные комплексы по сбору данный «здесь и сейчас», а в девяностые – уклон в формулировке пошел в сторону программ, в частности интерфейса автоматических систем управления техпроцессами.
Назначение и задачи SCADA-систем
Контроль и мониторинг многочисленных удаленных объектов – это главная задача Скада систем. Иногда, эти объекты могут быть удалены друг от друга на тысячи километров. В качестве основных потребителей Скада выступают электро-распредстанции, нефтепроводы, газопроводы, системы водоснабжения и так далее. Можно сказать, что Скада реализуют во всех хозяйственных отраслях, где необходимо автоматическое управление техпроцессами в режиме «real-time».
Диспетчер взаимодействует с программным обеспечением, установленным на ПК, а реализация связи с объектами, нуждающимися в контроле, осуществима через драйвер ввода-вывода или сопряженные с ними серверы. Программное обеспечение может использовать в своей структуре коды, сгенерированные в среде автоматизированного проектирования.
Разработка СКАДА ведется АСУ ТП в клиент-серверной или же в архитектуре распределенной.
Преимущества
Структура SCADA-систем
RTU имеет непосредственное подключение к объекту управления. То есть контроль или управление объектом реализовывается в real-time режиме. В качестве терминала может быть датчик с примитивным способом взаимодействия, или же процессорный, многопоточный, отказоустойчивый МПЦ, занимающийся обработкой данных и управлением в real-time режиме.
Особенности процесса управления в SCADA-системах
Защита SCADA-систем
Эксплуатируемые SCADA-системы создавались заточенными на конкретные задачи, не имеют высоких степеней защиты и уязвимы для кибератак.
Подобного рода системы, например, применяемые в энергетическом секторе, разрабатывались только для управления напряжением электроцепи. Больших способностей (по типу протоколов безопасности сети) в СКАДА нет.
Хотя большинство современных SCADA-систем могут работать с популярным сетевым протоколом TCP/IP, им ограждают выход в интернет (они соединяются от точки до точки через выделенные линии связи). Но это не значит, что защита от кибератак им обеспечена на 100%.
Делают это ограничение не для всех SCADA поголовно. Многое зависит от задач и применяемой структуры построения системы.
Примеры SCADA-систем
WebSCADA интерфейс системы, осуществляемый через Web-браузер, реализуется не часто, поскольку работа через веб противоречит модели безопасного ведения контроля и управления промышленного аппарата. Однако, ее можно применять во время настроек собственной безопасной сети, или с ограниченными опциями «только мониторинг» в сети Интернет.
SCADA
Supervisory Control And Data Acquisition
SCADA-система — программно-аппаратный комплекс сбора данных и диспетчерского контроля. Смысл, вкладываемый в термин SCADA, изменялся вместе с развитием технологий автоматизации и управления технологическими процессами. В 80-е годы под SCADA-системами чаще понимали программно-аппаратные комплексы сбора данных реального времени. С 90-х годов термин SCADA больше используется для обозначения только программной части интерфейса АСУ ТП (автоматической системы управления технологическими процессами).
Содержание
Назначение и задачи SCADA-систем
Главная задача SCADA-систем – это сбор информации о множестве удаленных объектов, поступающей с пунктов контроля, и отображение этой информации в едином диспетчерском центре. Также, SCADA-система должна обеспечивать долгосрочное архивирование полученных данных. Диспетчер зачастую обладает возможностью не только пассивно наблюдать за объектом, но и им управлять им, реагируя на различные ситуации.
Структура SCADA-систем
Любая SCADA-система включает три компонента: удалённый терминал (RTU – Remote Terminal Unit), диспетчерский пункт управления (MTU – Master Terminal Unit) и коммуникационную систему (CS – Communication System).
Удаленный терминал подключается непосредственно к контролируемому объекту и осуществляет управление в режиме реального времени. Таким терминалом может служить как примитивный датчик, осуществляющий съем информации с объекта, так и специализированный многопроцессорный отказоустойчивый вычислительный комплекс, осуществляющий обработку информации и управление в режиме реального времени.
Диспетчерский пункт управления осуществляет обработку данных и управление высокого уровня, как правило, в режиме квазиреального времени. Он обеспечивает человеко-машинный интерфейс. MTU может быть как одиночным компьютером с дополнительными устройствами подключения к каналам связи, так и большой вычислительной системой или локальной сетью рабочих станций и серверов.
Коммуникационная система необходима для передачи данных с RTU на MTU и обратно. В качестве коммуникационной системы могут использоваться следующие каналы передачи данных: выделенные линии, радиосети, аналоговые телефонные линии, ISDN сети, сотовые сети GSM (GPRS). Зачастую устройства подключаются к нескольким сетям для обеспечения надёжности передачи данных.
Особенности процесса управления в SCADA-системах
Защита SCADA-систем
Как современные HMI/SCADA решения могут ускорить переход к Индустрии 4.0
Оценка риска
Почему современное программное обеспечение для автоматизации имеет значение
Восемьдесят пять процентов данных, используемых аналитическими инструментами, такими как программное обеспечение управления эффективностью активов (APM) или программное обеспечение управления операциями (OPM), поступают «с поля» (данные OT). Таким образом, правильная настройка уровня автоматизации необходима для обеспечения возможности принятия решений в Индустрии 4.0.
Основная цель программного обеспечения для автоматизации состоит в том, чтобы предоставить оператору окно в приложении с мнемосхемами, представлениями трендов, представлениями сигналов, алармами и т. д. Однако новые технологии делают HMI / SCADA более мощным, простым в использовании и более «подключенными».
Мобильность становится все более важной. Сейчас операторы хотят просматривать оперативные данные там, где находятся, «в поле», а не только на месте оператора. Кризис COVID-19 показал, насколько важно работать удаленно для поддержания работы наших критически важных инфраструктурных предприятий.
Люди хотим получать доступ к нашей личной информации из любого места и в любое время с помощью своего смартфона; То же самое относится к технологическим или производственным данным. Управляющий заводом, который находится в пути или должен быть отделен от бизнеса, должен иметь возможность следить за предприятием, находясь вдали от офиса.
Цифровое преобразование не всегда означает, что все должно находиться в облаке.
Многие инструменты могут быть развернуты на месте как часть решений компании по автоматизации или управления рабочими процессами, которые, по сути, становятся краевым узлом для промышленного интернета.
Программное обеспечение для управления цифровыми рабочими процессами дает огромные результаты и может быть развернуто поверх существующего уровня автоматизации, обеспечивая (почти) безбумажную установку.
Типичные области применения варьируются от стандартных рабочих процедур до процедур технического обслуживания или обходов оператора.
Ключевые факторы
Цифровое преобразование не происходит в одночасье; это – длинный путь. Как и любое путешествие, оно должно включать в себя ясную и достижимую цель, будь то финансовая, операционная или какая-либо другая. Чтобы путешествие было успешным – нужно предпринимать правильные шаги. Рекомендуется сделать один шаг назад, вернуться к аспектам ИТ и ОТ, чтобы определить основные проблемы.
Не будет вредным включить в команду пару внешних, свежих глаз, чтобы задавать вопросы. Например, как можно сэкономить на производственных потерях, чтобы быть более конкурентоспособным? Как можно оптимизировать стратегии обслуживания и сократить время простоя? Как снизить риски и повысить производительность?
Начните со слоя автоматизации
Таким образом, процесс цифрового преобразования должен принимать во внимание потребности пользователя и гарантировать, что на оператора изменения повлияют положительно. Цель состоит в том, чтобы облегчить жизнь операторам, инженерам, производственному менеджменту и т. д.
Гибкость уровня автоматизации помогает объединить все необходимые данные и может сократить разрыв между разнородными системами при низких затратах с быстротой и точностью, необходимой для получения целостного представления о приложении.
За счет использования автоматизации как основной части цифрового преобразования, появляется возможность воспользоваться многими ее преимуществами.
Автоматизированные системы диспетчерского и технологического управления. Всё о SCADA-системах
Supervisory Control And Data Acquisition (SCADA)
SCADA-система — это инструментальная программа, обеспечивающая создание программного обеспечения для автоматизации контроля и управления технологическим процессом в режиме реального времени. Основная цель создаваемой с помощью SCADA программы — дать оператору, управляющему технологическим процессом, полную информацию об этом процессе и необходимые средства для воздействия на него.
ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ SCADA-СИСТЕМЫ:
От надежности, быстродействия и эргономичности SCADA-системы зависит не только эффективность управления технологическим процессом, но и его безопасность.
КАКИЕ КОМПОНЕНТЫ SCADA НАИБОЛЕЕ ВАЖНЫ В РАБОТЕ И ПОЧЕМУ?
Специалисты отдела АСУТП промышленного предприятия по изготовлению соды утверждают, что в основном используют такие компоненты, как мониторинг и управление, архивирование технологических параметров, сообщений, подсистему формирования отчетов.
Мониторинг и управление, собственно, то, для чего и устанавливается система управления. Архивы параметров, сообщений и отчеты необходимы для оценки и анализа ведения технологического процесса, действий оператора и т.д. Также для них важен один из базовых инструментов SCADA — разграничение прав доступа к управлению по уровням (оператор, технолог, инженер АСУТП).
В связи с тенденцией к интеграции систем управления технологическими процессами и систем управления предприятием все чаще возникает необходимость использования SCADA в качестве источника данных для вышестоящих систем. Некоторые SCADA могут выступать и как сервер консолидации всех технологических данных, и как сервер генерации отчетов на базе этих данных.
Если система управления, построена на базе ПЛК одного производителя (к примеру, Siemens SIMATIC), то обмен данными между контроллерами и SCADA происходит с помощью встроенных драйверов протоколов связи. Некоторые независимые от производителей оборудования SCADA предлагают набор драйверов ко многим (но не всем) имеющимся на рынке контроллерам и интеллектуальными приборам. Наиболее универсальный способ взаимодействия — это использование драйверов, разработанных в соответствии со стандартом OPC. Такие OPC-серверы могут быть разработаны производителями контроллеров или независимыми разработчиками, а использоваться вместе с любой SCADA- системой. Для эффективной работы с OPC- серверами SCADA должна использовать их напрямую, по технологии «OPC в ядре системы», а не через промежуточные интерфейсы. Некоторые SCADA являются вертикально-интегрированными: в их состав входят системы программирования для свободно-программируемых контроллеров. В них также используются внутренние драйверы для связи с контроллером. Такие SCADA позволяют создать ПТК с использованием оборудования разных производителей.
УРОВНИ СИСТЕМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ SCADA
Системы технологической автоматизации обычно разделены на 3 уровня: нижний, средний и верхний. Выше них находится уровень управления производством в целом.
Нижний уровень — это сами датчики и исполнительные механизмы
Средний уровень — контроллеры. На среднем уровне происходит:
Верхний уровень — это и есть уровень SCADA. На этом уровне происходит:
УПРАВЛЕНИЕ ПРЕДПРИЯТИЕМ
Управление предприятием производится на двух уровнях:
MES (Manufacturing Execution Systems) — система управления производством продукции в реальном времени. Этот уровень служит для планирования производственных заданий для технологических процессов, построения сводных отчетов, глубокого анализа процесса (например, прогнозирование, построение энергетического и материально¬го баланса и др.). Для этих целей также может быть использован инструментарий SCADA.
ERP (Enterprise Resource Planning) — система автоматизированного управления административно-финансовой и административно-хозяйственной деятельностью предприятия. На этом уровне используются другие специализированные системы, например, SAP R3.
ФУНКЦИИ SCADA
■ Мнемосхемы
Мнемосхема — это графическое изображение (с помощью встроенного в SCADA графического редактора) технологической схемы с визуализацией значений датчиков, состояния исполнительных механизмов и др. параметров. Для визуализации используется не только отображение значений в виде цифр и надписей, но и изменение визуальных свойств отображаемых графических объектов. Например, в емкости изменяется уровень жидкости, а ее цвет изменяется в зависимости от температуры (динамизация). Исполнительные механизмы могут не просто показывать свое состояние каким-то графическим признаком (например, цветом), но и наглядно показывать свою работу — например, вращением лопастей насоса, движением ленты конвейера и т.п. (анимация).
■ Архивы
Получаемые от контроллеров данные SCADA складывает в архивы. Предварительно данные могут быть обработаны (отфильтрованы, усреднены, сжаты и т.п.). Часто используется не регулярная запись, а запись по изменению с использованием порога чувствительности («мертвой зоны»). Длительность хранения настраивается в SCADA индивидуально для каждого параметра и может составлять до нескольких лет.
■ Тренды
Тренд — это графическое отображение изменения параметра во времени. Тренды в SCADA- системах могут показывать изменение параметра за всю длительность его хранения в архиве. Оператору предоставляется возможность изменять масштаб, как времени, так и самого параметра. В развитых системах в тренд встроены различные инструменты анализа графика, сравнения его с уставкой или другим параметром, сглаживание или фильтрация, отметки на графике событий (например, нарушение границ) или закладок для памяти и многое другое.
■ Таблицы
Зачастую технологу удобнее просматривать архивы не в графическом виде, а в виде таблиц. Обычно эти таблицы можно не только просматривать, но и экспортировать в другие системы.
■ Графики
Обычно SCADA позволяют смотреть и зависимость одних параметров от других, тоже во времени. Хотя это функция и менее востребована технологами, чем тренды.
■ Гистограммы и диаграммы
Другим распространенным способом представления параметров являются гистрограммы (столбиковые диаграммы).
■ Сообщения
Сообщения — это текстовые строки, которые информируют оператора о событиях на объекте в той последовательности, в которой эти события происходят. Они всплывают на экране или отображаются в специально выделенной для этого зоне.
■Журналы сообщений
Журналы сообщений служат для отображения списков сообщений в том порядке, как они появлялись и были сохранены в архив. Как правило, используются разные экземпляры журналов для разных зон процесса, разных категорий сообщений, разных приоритетов.
■ Контроль прав доступа
Для того, чтобы оператор мог совершить те или иные действия, ему должны быть администратором предоставлены соответствующие права — например, право управлять исполнительным механизмом, или право изменить задание регулятору. В начале смены оператор регистрируется в системе, и она предоставляет ему выполнять только те действия, которые ему разрешены администратором.
■Журнал действий оператора
Управление технологическим процессом очень ответственная задача, поэтому все действия оператора записываются для контроля в специальный журнал, который может быть проанализирован в случае нештатных ситуаций.
■ Формирование отчета
Удобная среда разработки отчетов позволяет легко и быстро подготовить отформатированные и насыщенные информацией отчеты.
ХАРАКТЕРИСТИКИ SCADA-СИСТЕМЫ
ЗАРУБЕЖНЫЕ SCADA-СИСТЕМЫ
Наиболее популярные в России следующие зарубежные SCADA:
— WinCC (Siemens, Германия);
— InTouch (Wonderware, США);
— RSView32 (Rockwell Automation, США);
— Genesis64 (Iconics, США);
— Vijeo Citect (Schneider Electric, Франция).
ОТЕЧЕСТВЕННЫЕ SCADA-СИСТЕМЫ
Наиболее популярные отечественные модели SCADA:
В отличие от большинства западных SCADA все российские содержат встроенные средства программирования контроллеров с использованием языков стандарта МЭК61131-3, в том числе языка функциональных блоков. Причем, если сама SCADA рассчитана на работу в среде Windows на PC-совместимых компьютерах, то исполнительная система для контроллеров может работать и на Logix других платформах, например, Linux на процессоре с архитектурой ARM.
Стандарт OPC поддерживают все перечисленные системы, однако в системе «Trace Mode» упор делается на использование собственных драйверов, а MasterSCADA, хоть и поддерживает использование драйверов, но основывается на технологии «OPC в ядре системы» и предлагает отдельный инструментальный пакет для разработки OPC-серверов.
Сравнительная характеристика зарубежных и отечественных SCADA
Все современные SCADA, как отечественные, так и зарубежные, имеют полный функционал для этого класса программ, поэтому их сравнение по перечню функций в последние годы потеряло смысл. Основное преимущество российских SCADA — это их изначальная нацеленность на российский рынок (русскоязычная, а не переводная документация, техническая поддержка, уровень цен). Можно сделать вывод, что для каждого предприятия или даже применения желательно сделать сравнение нескольких SCADA, как по цене, так и по возможностям. Практически все SCADA имеют пробную версию, которая позволяет проверить ее пригодность для решаемой задачи.
По теме
Популярные товары
Что такое SCADA системы
Наверняка многие слышали термин «автоматизированная система управления», АСК. Слова «автоматизированная система» говорят нам о том что в управлении принимает участие человек, в отличии от автоматической системы управления, где человек не участвует в процессе управления системой. Современные реалии таковы, что на данный момент нет возможности полностью заменить людской труд на машинный. Насколько умной не были бы наши производства, всё равно они требуют присмотра и контроля.
Именно поэтому при разработке АСК используют два уровня управления:
Нижний уровень
Непрерывное регулирование технологических параметров (температуры, давления, и т.д.) и программно-логическое управление разными механизмами (задвижками, клапанами, двигателями, конвейерами и т.д.). Сегодня базой нижнего уровня являются программируемые логические контроллеры ( Programmable Logical controller )
Верхний уровень АСУ
Супервизорный уровень, или SCADA
( Supervisory Control And Data Acquisition ), супервизорный контроль и сбор данных.
Так же его могут называть HMI ( Human-machine interface ), человеко-машинный интерфейс или HMI/SCADA.
Супервизорное управление состоит в идентификации ситуации на объекте и выдачи заданий на нижний уровень.
HMI/SCADA – промышленное программное обеспечение, которое реализует обмен данными с контроллером, а так же взаимодействие между лицом, принимающим решение и непосредственно системой управления.
SCADA-система должна обеспечивать следующие функции:
Немного подробнее о каждой из функций:
Человеко-машинный интерфейс (HMI)
Человеко-машинный интерфейс в SCADA-системах реализуется в виде мнемосхем. На мнемосхемах отображается основное оборудование, сигналы, состояние регулирующих органов и другие части системы. Мнемосхемы могут отражать как общую картину состояния системы, технологического процесса, так и состояние отдельных агрегатов, устройств, значения параметров и т. п. HMI система может иметь несколько десятков окон с мнемосхемами, трендами, алармами и т. д. Оператор может переключаться между ними и работать с тем или иным элементом технологического процесса, то есть с той или иной мнемосхемой. Мнемосхема – основной посредник при передаче информации от системы оператору или инженеру.
Качественно разработанная мнемосхема может сильно повлиять на эффективность работы производства. Грамотная визуализация производственного процесса уменьшает время, необходимое пользователю для реакции на события, происходящие в системе и позволяет получить инструмент для удобного и своевременное управления всей установкой, линией, цехом. Так же глядя на качественную мнемосхему даже незнакомый с производством человек сможет быстро понять и осознать суть происходящих в ней процессов. Таким образом можно с лёгкостью обучать новый персонал и снизить нагрузку на операторов технологических процессов.
Сбор и хранение данных
Одна из важнейших функций SCADA. Обмен данными осуществляется через полевую шину. Полевая шина состоит из интерфейса (аппаратная, физическая часть шины) и протокола (программная часть, логика обмена информацией). Таким образом компьютер с установленной SCADA должен иметь соответствующие порты и поддерживать протоколы обмена данных с помощью которых «общается» контроллер, установленный на нижнем уровне системы.
SCADA собирает данные со всех контроллеров и устройств нижнего уровня и хранит их в одном месте столько времени, сколько необходимо. Такой подход обеспечивает удобный доступ к информации о процессах в системе и возможность её дальнейшего анализа для улучшения эффективности работы производства в целом. Доступ к информации, которую собирает SCADA могут иметь только пользователи, которым такой доступ разрешен. То есть руководитель может видеть всю картину производства, а его подчинённые только то, что необходимо для выполнения их непосредственных обязанностей.
Отображение данных и оповещения
Функция, не менее важная чем Человеко-машинный интерфейс и сбор и хранение данных.
После того как мы собрали все данные в одном месте и сохранили их нам нужно научится выделять из данных непосредственно информацию. Одним из наиболее удобных для восприятия методов подачи информации являются тренды.
Помимо трендов, SCADA должна сообщать о важных событиях, которые происходят в системе: аварии, или предаварийные значения параметров, изменения задания необходимой величины параметров и т.д. Возможно, есть необходимость периодического напоминания о каком-то событии оператору. Для этого существует световая и звуковая сигнализация и возможность оповещения пользователей по смс, e-mail или другими необходимыми способами.
Ведение журнала событий
Как было упомянуто ранее, в системе происходят какие-то события. Это могут быть как непредвиденные аварийные ситуации, так и стандартные, обычные события (вход операторов в систему, изменение заданий и т.п.). Оператор обязан прореагировать на аварийные события согласно инструкции, которая так же может быть сразу же предоставлена SCADA-системой. Все события архивируются системой и в случае необходимости могут быть просмотрены и использованы во время анализа. SCADA- система ведёт учёт всех подобных действий и событий. В случае необходимости можно посмотреть, кто был на смене в тот или иной период времени, какие были совершены действия, когда и как долго длилась авария)
Эта функция системы позволяет увеличить производственную дисциплину и проанализировать эффективность работы персонала и самой системы.
Разграничение прав пользователей
SCADA система предусматривает ее использование несколькими пользователями с разными полномочиями.
Любой пользователь при входе в систему должен пройти авторизацию. Это помогает фиксировать время выхода на смену операторов и защищает систему от несанкционированного доступа.
Соответственно, каждый пользователь должен видеть только ту информацию, которая необходима ему для работы. Например, директору не интересно и не важно какая сейчас температура в котле или давление в конкретному участке трубопровода но его интересует конечный результат и анализ общей эффективности работы котла за последнюю неделю или месяц. А оператору нижнего уровня не нужно знать какой рецепт нового продукта придумали технологи из другого отдела чтобы поддерживать необходимую температуру в своём котле. В случае если всё-таки есть необходимость показывать всю информацию всем пользователям системы, то можно просто запретить персоналу нижнего уровня менять глобальные настройки системы, а оставить это право только руководству.
Все эти функции позволяют избежать неприятных последствий безграмотности либо неосторожности персонала.
Система отчётов
SCADA-система должна формировать отчёты в виде таблиц, графиков, диаграмм и т.д. Некоторые системы имеют встроенную систему отчётности, но зачастую для этого используется MS Excel. На этапе разработки системы пользователь сам может выбрать удобную для него форму предоставления отчётов по необходимым для него параметрам и в последствии получать всю информацию «в один клик». Данные в SCADA на 100% достоверны так как исключают человеческий фактор. Система отчётности позволяет выбирать только самую необходимую информацию и делать на основании неё правильные выводы касательно работы производства что в свою очередь приводит к оптимизации и улучшению эффективности работы.
Скрипты
При разработке SCADA-системы возникает необходимость расширения нестастандартных задач. Для создания пользовательских функций есть возможность написания скриптов.
Для написания пользовательских скриптов в SCADA-системах используются наиболее популярные языки программирования. Возможности таких языков практически безграничны поэтому и уровень задач, решаемых с помощью таких скриптов, может быть абсолютно разный. С помощью скриптов можно создавать уникальные решения для любых объектов управления либо систем. Таким образом базовый функционал системы можно расширять практически неограниченно в зависимости от потребностей заказчика. С использованием скриптов можно модернизировать уже существующую систему в случае необходимости.
Итак, для чего нужна SCADA система:
Для экономии денег и для увеличения эффективности работы.
Благодаря чему это достигается: