что такое scada система и каковы ее основные функции

Основы SCADA систем и их функции

Функции SCADA систем подразделяются на несколько групп:

Несмотря на наличие множества функций, которые выполняют SCADA системы, основным отличием SCADA от других систем является наличие пользовательского интерфейса. Если изъять пользовательский интерфейс, то все указанные выше функции совпадут с функциями, которые выполняют средства программирования промышленных контроллеров (ПЛК), и управление станет полностью автоматизированным в противовес диспетчерскому.

От качества принимаемых диспетчером решений зависит не только качество производимой продукции, но порой и человеческая жизнь. Именно поэтому комфортабельность рабочего места, простота и интуитивная понятность рабочего интерфейса, создание подсказок и блокирование допускаемых оператором ошибок – вот наиболее приоритетные свойства SCADA систем, дальнейшее развитие которых осуществляется в сторону большей эргономичности и улучшения экспертных подсистем.

Порой в комплектацию SCADA системы входят средства программирования контроллеров, однако подобные решения вызваны скорее коммерческим интересом, нежели напрямую связаны с основными функциями SCADA систем.

Основной функцией SCADA системы по праву считается создание человеко-машинного интерфейса ( HMI ), т.е. SCADA система выступает сразу в двух ролях – в роли HMI и в роли инструмента его создания. Скорость проводимых разработок в значительной степени влияет на конкурентоспособность фирмы (которой в большинстве случаев является системный интегратор), внедряющей системы промышленной автоматизации (АСУТП), именно поэтому скорость разработки выступает в роли основного показателя с позиции системного интегратора качества SCADA системы. Процесс разработки SCADA систем включает в себя следующие операции:

Если рассматривать SCADA систему с точки зрения диспетчерского управления, то ей доступно выполнение следующих задач:

Большая часть имеющихся задач по автоматизации управления выполняется зачастую при помощи промышленного контроллера (ПЛК), но частично выполнение задач может быть возложено и на SCADA систему. Помимо всего прочего, многие небольшие системы управления могут вообще не иметь промышленного контроллера (ПЛК), поэтому промышленный компьютер, с установленной на него SCADA становится единственным средством управления процессом. В сфере автоматического управления (АСУТП) SCADA система, как правило, выполняет следующие функции:

Если знать предысторию объекта (процесса) управления, то можно значительно улучшить поведение системы в будущем, проанализировать и выявить причины возникновения ситуаций, связанных с безопасностью системы или появлением брака продукции, определить ошибки, сделанные оператором. Чтобы создать историю SCADA системой выполняются следующие операции:

После того, как SCADA системы стали применять в системах удаленного доступа посредством сети интернет, то резко повысилась уязвимость SCADA к противоправным действиям со стороны злоумышленников. Относиться с пренебрежением к данной проблеме нет возможности, поскольку это может привести к серьезным сбоям в функционировании различных промышленных и инфраструктурных объектов. Что чревато человеческими жизнями и столь немалым экономическим ущербом. В SCADA системах применяются следующие способы для повышения уровня безопасности их работы:

Учитывая то, что SCADA система, как правило, единственная программа, управляющая системой промышленной автоматизации (АСУТП), то при определенных условиях не неё может быть возложено выполнение некоторых общесистемных функций, таких как:

Основные тенденции в процессе развития программного обеспечения, используемого в средствах промышленной автоматизации – упрощение и облегчение процесса программирования, обеспечение полной открытости инструментальных средств. Конечная цель – осуществление потребителем возможности построения системы промышленной автоматизации, удовлетворяющей всем необходимым требованиям в максимально сжатые сроки.

После долгой неопределенности витавшей в средствах программирования SCADA систем и промышленных контроллеров (ПЛК) был принят общепризнанный стандарт на языки программирования МЭК 61131-3 ( IEC 61131-3) и созданы на его основе инструментальные средства программирования, поддерживаемые компаниями, которые специализируются на создании программного обеспечения для АСУТП.

Значительный вклад в вопрос открытости систем автоматизации был внесен стандартом ОРС ( OLE for Process Control ), что переводится как OLE для управления процессом, обеспечивший наличие широчайшего выбора аппаратного обеспечения, используемого системными интеграторами. Разработчики контроллерного оборудования получили, в свою очередь, от внедрения стандарта OPC расширение рынков сбыта. Стоит отметить, что данное аппаратное обеспечение совместимо с любыми стандартными SCADA системами.

Источник

Разработка SCADA систем: программирование АСУТП

Разработка SCADA систем: программирование АСУТП

Разработка SCADA систем

Содержание

Система диспетчерского контроля и сбора данных (Supervisory control and data acquisition – далее «SCADA») объединяет аппаратные и программные элементы управления для автоматизации производственных процессов. Системы SCADA собирают, обрабатывают и классифицируют важные параметры о производительности системы. Эти данные собираются и отображаются на панели управления (мониторе и т.п.), что позволяет оператору принимать точные и быстрые решения на основе данных полученных в реальном времени.

Основываясь на своих широких возможностях, системы SCADA могут быть разработаны и запрограммированы для объекта практически любой сложности, бюджета или отрасли. Это могут быть как крупные производственные и перерабатывающие заводы, так и небольшие системы, такие как светофоры или устройства для наблюдения за домом. В тех случаях, когда требуется контроль и управление данными, SCADA может помочь упростить процесс.

Почему SCADA

При правильной реализации внедрение SCADA-системы приводит к масштабным улучшениям и повышению эффективности процессов, требующих мониторинга. В обрабатывающей промышленности такие системы могут определять достигаются ли поставленные цели по объему выпуска продукта или цели по обеспечению его качества.

Если на одном участке производственного процесса случается отклонение от нормы, то оператор получает информацию о характере и местонахождении неполадки, что позволяет быстро принять необходимые меры для устранения неисправности. Некоторые системы могут выполнять основные задачи без вмешательства человека, при достижении определенных пороговых значений, что позволяет выполнять, например, аварийные отключения или другие аналогичные действия.

SCADA — это система для сбора и обработки данных от установленных промышленных датчиков и компонентов, позволяющая оператору принимать более обоснованные и оперативные решения.

Разработчик обязан рассматривать создание каждой SCADA-системы как часть более крупной промышленной системы управления для облегчения автоматизации на всех уровнях.

Компоненты системы SCADA

Системы SCADA базируются на пяти компонентах, которые в сочетании обеспечивают ее широкое применение в различных отраслях промышленности. Эти элементы работают совместно с датчиками для более глубокой автоматизации производственных процессов.

Архитектура системы

Как можно понять из вышеописанного, невозможно полностью понять программирование SCADA, рассматривая отдельные ее части. Архитектура системы расширяет представление о SCADA, описывая способ взаимодействия компонентов друг с другом и образуя интегрированную сеть управления.

Данные, обрабатываемые программным обеспечением SCADA, поступают автоматически с датчиков, или реже заносятся вручную. Эти данные могут включать в себя измерения температуры, давления, напряжения или другие важные параметры. После каждой записи RTU или PLC передает новую информацию на сервер. Он в свою очередь обрабатывает и отображает данные измененного процесса графически на HMI панели, чтобы оператор мог легко воспринять информацию и предпринять оперативные действия. В некоторых случаях сам RTU или PLC могут быть запрограммированы на выполнение простых действий управления на основе результата измерения. На практике архитектура SCADA может быть довольно сложной, охватывающей сотни или тысячи различных компонентов и различные протоколы связи.

SCADA Программирование

Распространенным заблуждением является то, что SCADA — это то же самое, что распределенная система управления (РСУ или Distributed Control System — DCS). Хотя есть некоторые совпадения, учитывая, что DCS также контролирует производственные процессы, тем не менее, общая настройка систем отличается.

Эта разница также проявляется в разных методах программирования. DCS обычно в большей степени опирается на простые логические элементы для формирования контуров управления. Программирование SCADA сложнее, но в то же время более гибкое. Логические элементы все еще могут играть роль на уровне RTU и PLC, но для программирования SCADA требуется использование специализированного программного обеспечения для управления и отображения входных данных.

Когда используется специальное программное обеспечение, оно обычно разрабатывается на C (C++, WinCC) или аналогичном языке программирования. Как только эта программная разработка передается Заказчику, ему остается только ввести уставки для RTU, PLC и HMI с использованием графических интерфейсов. При этом оператор может изменять и просматривать уставки или настраивать схемы и диаграммы без необходимости написания программного кода.

SCADA-безопасность

Еще один элемент SCADA-системы, к которому следует относиться серьезно — это кибербезопасность. Первоначально системы SCADA разрабатывались с учетом дополнительных взаимодействий с человеком для проверки показаний датчиков и управления контрольными точками. Теперь многие из этих задач были автоматизированы с использованием интернет-протоколов, что резко повышает вероятность отказов за счет повышенной уязвимости к кибератакам. Эти атаки могут иметь форму взлома или вредоносного ПО, предназначенного для нарушения работоспособности технологии.

Для защиты от этих рисков программисты обязаны следовать рекомендациям SCADA по безопасности системы на каждом этапе процесса разработки, а также рекомендуется отдать им на аутсортинг услугу по установке ПО непосредственно на объекте, предотвращая любую возможность вмешательства третьих лиц и предоставляя Заказчику возможность контролировать процесс установки и отладки.

Где используется SCADA

Ряд различных отраслей полагаются на программы SCADA для оптимизации своей повседневной деятельности. К ним, например, относятся:

Источник

SCADA: в поисках идеала

По моим наблюдениям, большинство толковых специалистов АСУ, работающих со SCADA, проходят несколько стадий «эмоционального роста»: освоение какой-либо SCADA, поиск чего-то лучшего, идеи и попытки написания своего варианта, выработка философского отношения к проблеме и использование одного из существующих продуктов.

Да, бывают исключения. Например, встречаются сильно увлеченные и упорные энтузиасты, которые создают что-то работающее, но картины они не меняют совершенно.

Попробуем разобраться, почему так происходит и может ли быть выход из этого порочного круга.
Примечание: дальнейшие рассуждения будут касаться преимущественно коммерческих продуктов, но во многом справедливы и для проектов с открытым кодом, о которых будет сказано отдельно.

В первом приближении процесс работы со SCADA-системой сводится к нескольким действиям: выбор параметров обмена данными с ПЛК, разработка мнемосхем в специальном редакторе, настройка логирования событий и состояний параметров. Для обеспечения сложного поведения графических элементов мнемосхем и несложных математических расчетов используется написание скриптов или вообще предполагается, что достаточно средств простейшей анимации, настраиваемой в редакторе.

Такой подход во многом себя оправдывает — легко обучиться, можно быстро реализовать несложные проекты. По большому счету, можно даже не иметь минимальных знаний о программировании для начала работы.

Сегодня существует довольно большое количество SCADA-систем, различающихся по своим возможностям, стоимости, удобству разработки и т.д. Казалось бы, выбирай подходящий вариант и начинай творить доброе, светлое, вечное… Но тут-то и выясняется, что все не так просто.

Теперь, получив представление о трудностях, попробуем сформулировать требования к идеальной SCADA и посмотрим, можно ли решить проблему, если слегка выйти за рамки традиционной парадигмы.

Когда я впервые познакомился с Qt, то был просто поражен внутренней логичностью и богатством этой библиотеки. Как только возникает задача сделать что-нибудь, очень часто выясняется, что это уже практически реализовано в Qt и надо просто адаптировать под свои нужды.

Когда задача правильно сформулирована, остается ее просто реализовать, что я и начал делать некоторое время назад. К текущему моменту удалось реализовать минимальный джентльменский набор компонентов.

Созданный набор можно условно поделить на несколько групп.

Конечно, предстоит пройти еще немалый путь, но уже сейчас просматривается несколько возможных направлений для применения, помимо собственно всех видов классических задач промышленной автоматизации:

Как-то незаметно для меня, мое хобби превратилось во что-то большее, вызывающее интерес у других людей. Появилась мысль превратить это творчество в стартап, но пока все упирается в недостаток людей, готовых разделить со мной эту работу. Если у Вас есть желание принять участие в развитии стартапа, встать у истоков новой компании или попробовать себя в роли сооснователя, напишите мне в личку.

Чуть больше информации можно найти на странице в Facebook.

Также буду очень благодарен за конструктивную критику и новые идеи.

Источник

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.

Источник

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.

Источник