Adquisició de dades i sistemes de control operacional (sistemes SCADA)

El terme sistema de control de supervisió i adquisició de dades o sistema SCADA va aparèixer a finals dels anys vuitanta. segle XX. simultàniament als primers intents d'utilitzar ordinadors personals amb aplicacions gràfiques instal·lades com a consoles d'operador.

Els primers sistemes SCADA es van desenvolupar per a sistemes operatius DOS o Unix i tenien capacitats més aviat modestes, tant per les limitacions de maquinari del maquinari com per les capacitats gràfiques dels sistemes operatius. Els sistemes SCADA es van generalitzar simultàniament a l'aparició d'interfícies gràfiques, com Windows 3.11, X-Windows, Phantom i maquinari que permet aconseguir la velocitat necessària d'execució de processos en modes multitasca.

El motiu de l'aparició dels sistemes SCADA com a eines de desenvolupament de programari d'alt nivell és similar a les raons de l'aparició de sistemes com Borland Delphi i altres sistemes de programació visual.La seva tasca principal és alleujar els desenvolupadors de programari de la rutina i, de fet, inútil càrrega de descriure interfícies i funcions estàndard. Al mateix temps, s'ha d'entendre que l'ús de sistemes SCADA no implica una reducció dels requisits per a la qualificació del desenvolupador, com pretenen imaginar.

Distingir els sistemes MMI (Interfície home màquina) i SCADA, ja que tots dos es van desenvolupar amb èxit independentment l'un de l'altre, ocupant diferents nínxols al mercat de dispositius HMI (interfície humana màquina).

Els sistemes MMI són en realitat panells de control locals per a dispositius individuals o instal·lacions tecnològiques, equipats amb pantalles alfanumèriques i teclats o pantalles gràfiques, generalment tàctils.

En la majoria dels casos, el dispositiu MMI s'implementa mitjançant un controlador especial i la seva part de programari no implica cap modificació o canvi addicional.

Al mateix temps, els sistemes SCADA inclouen l'ús d'ordinadors personals i sistemes operatius estàndard, s'utilitzen per automatitzar el procés de gestió de grans processos tecnològics, en els quals intervenen un gran nombre de dispositius executius i unitats tecnològiques, i també donen suport a la possibilitat de implementant aplicacions distribuïdes (utilitzant múltiples consoles d'operadors)...

És impossible traçar una línia clara entre els sistemes MMI i SCADA a causa de l'existència de sistemes de programació d'extrem a extrem en què sovint no hi ha distinció entre les eines de desenvolupament de programari per als diferents nivells del sistema de control.

La manca d'un estàndard únic que descrigui el propòsit i la composició funcional dels sistemes SCADA i la diferència d'interpretacions del terme "SCADA" compliquen la classificació i la comparació dels sistemes d'aquesta classe.

Es poden distingir els següents grups principals de sistemes SCADA:

• Sistemes SCADA desenvolupats pels fabricants de controladors;

• Sistemes SCADA desenvolupats per fabricants independents;

• Els sistemes SCADA són components dels sistemes de programació d'extrem a extrem.

La tasca del fabricant d'equips de controlador per desenvolupar el seu propi sistema SCADA és proporcionar a l'usuari final una eina per desenvolupar aplicacions de visualització mitjançant controladors d'aquest fabricant.

Es poden distingir les següents característiques principals d'aquests sistemes:

• la interfície d'aquests sistemes repeteix la interfície de mitjans d'escriptura de programari per a l'equip controlador;

• Els components del sistema SCADA estan optimitzats per treballar amb dades rebudes d'equips de control d'un fabricant específic;

• Les interfícies per a l'intercanvi de dades amb equips d'altres fabricants estan mal implementades o són difícils d'utilitzar.

Un exemple clàssic d'aquest sistema és Siemens WinCC... L'ús d'aquests sistemes propietaris, d'una banda, minimitza el cost de la formació d'especialistes en desenvolupament de programari, però d'altra banda, vincula estrictament tant el desenvolupador com l'usuari final del sistema a un fabricant específic o fins i tot a un determinat línia d'equips d'un fabricant.

A més, diversos fabricants d'equips de control es van veure obligats a desenvolupar els seus propis sistemes SCADA amb finalitats de màrqueting sense proporcionar als seus productes de programari el nivell de suport i manteniment necessari.

Els sistemes SCADA de tercers són les eines més flexibles per crear aplicacions de control i visualització de processos. Els seus avantatges inclouen el suport d'un gran nombre de funcions per crear sistemes de control descentralitzats i distribuïts, així com la capacitat d'integrar equips de diferents fabricants, inclosos els competidors, en un sol sistema.

Per intercanviar dades amb equips executius, aquests sistemes utilitzen servidors d'E/S de programari que implementen interfícies DDE o OPC. La difusió d'aquests sistemes SCADA, així com la necessitat de complir amb els estàndards d'eines d'automatització, va fer que tots els desenvolupadors d'equips de controlador tinguin els seus propis Servidors de programari OPC o DDE, que s'entreguen completes amb l'equip o per encàrrec.

Com que el sistema de programació d'extrem a extrem inclou el desenvolupament d'estacions d'operador com a part integral del sistema de control, sempre conté components separats del sistema SCADA. Tanmateix, com que tot el sistema funciona com un tot, aquests components també poden ser components d'altres mòduls del sistema de programació d'extrem a extrem, o pot ser impossible separar el sistema SCADA en la seva forma pura en un producte de programari.

Aquests sistemes tenen els mateixos avantatges i desavantatges que els sistemes SCADA desenvolupats pels fabricants de controladors, tenint en compte dues diferències principals:

• Els sistemes SCADA, que formen part integral dels sistemes de programació d'extrem a extrem, pràcticament no tenen interoperabilitat amb programari i maquinari d'altres fabricants;

• el paper del sistema SCADA en aquestes aplicacions es limita al desenvolupament d'una interfície gràfica.

Composició i estructura dels sistemes SCADA

Composició i estructura dels sistemes SCADA

Normalment, els sistemes SCADA consisteixen en dos conjunts separats de productes de programari: un entorn de desenvolupament i un entorn d'execució.

Entorn de desenvolupament s'anomena el conjunt amb el qual es dissenya i configura l'entorn de visualització del procés tecnològic.

Medi ambient durant el treball — Es tracta d'un conjunt de productes de programari necessaris per al treball en el projecte del programa de visualització del procés tecnològic a l'estació de l'operador.

Per separat, s'ha de considerar el tema de la interacció entre l'entorn de desenvolupament i l'entorn d'execució durant el treball amb el mateix projecte del desenvolupador i l'operador:

1. Els canvis fets pel desenvolupador tenen efecte immediatament.

2. El temps d'execució reflecteix els canvis fets tal com es troben al codi font del projecte.

3. Els canvis es reflecteixen en temps d'execució en reiniciar o forçar.

La implementació del primer tipus d'interacció permet demostrar les capacitats del producte amb força claredat i eficàcia en presentacions comercials i, per tant, de vegades s'implementa en els productes de programari finals. Tanmateix, quan es treballa amb projectes reals, hi ha el perill potencial de perdre part de la interfície gràfica o el moviment dinàmic dels controls. En aquest sentit, el segon i tercer tipus d'interacció o la seva combinació són els més estesos.

Es poden distingir les següents parts principals del sistema SCADA:

• base d'etiquetes;

• mòdul de visualització gràfica;

• processador d'scripts;

• sistema d'alarma i avís;

• mòdul per arxivar paràmetres de procés tecnològic.

Etiqueta del sistema SCADA És un objecte per emmagatzemar el valor d'un paràmetre de procés tecnològic i les seves propietats. De vegades, les etiquetes s'anomenen incorrectament "variables". Al mateix temps, el concepte d'etiqueta és el més proper a la definició d'una classe en llenguatges de programació orientats a objectes.

El mòdul de visualització gràfica implementa la interfície gràfica del projecte. Per regla general, una interfície gràfica és un conjunt de formularis de pantalla amb elements gràfics col·locats sobre ells. La tasca de crear una pantalla es redueix a col·locar elements gràfics a les formes de la pantalla i establir-ne les propietats.

En el procés de crida, visualització i tancament de formularis de pantalla, en fer clic a objectes gràfics, canviar propietats o valors d'etiquetes individuals, cal realitzar càlculs o accions per a les quals hi ha motor de scripts... Els scripts també s'anomenen "macros" o "scripts" en alguns sistemes.

La majoria dels scripts del sistema SCADA que implementen la interfície gràfica de les estacions de treball automatitzades d'operadors són gestors de clics del ratolí en elements gràfics.

Per als scripts, els sistemes SCADA de diferents fabricants ofereixen un o més idiomes. Els sistemes desenvolupats pels fabricants de controladors o com a part de sistemes de programació d'extrem a extrem solen oferir els mateixos llenguatges de programació per a l'escriptura que per a l'escriptura. programari del controlador… Els sistemes SCADA de tercers sovint ofereixen llenguatges de macro scripts especialitzats.

L'ús de llenguatges de programació de propòsit general us permet implementar interfícies d'usuari complexes i mètodes no estàndard de treballar amb dades accedint a biblioteques i API addicionals.

Al mateix temps, el desenvolupador ha d'estudiar en qualsevol cas les biblioteques de funcions per treballar amb components del sistema SCADA, de la mateixa manera que s'estudien els llenguatges macro, i el codi implementat pot ser potencialment perillós o heretar errors de la funció de tercers. biblioteques.

Sistema d'alarma pretén notificar a l'operador el valor del paràmetre del procés fora dels límits permesos. Per regla general, per a cada paràmetre tecnològic, es poden establir 2 tipus de paràmetres segons els quals apareixerà la notificació: paràmetres d'emergència i d'avís, respectivament.

Depenent de les capacitats del sistema, aquests paràmetres s'estableixen segons un o més criteris:

• Fora de rang. En aquest cas hi ha: valors d'avís superior i inferior i valors d'alarma superior i inferior.

• Una desviació del valor nominal d'algun valor. Distribuïu les desviacions mínimes i màximes permeses del valor establert.

• Establiment de la taxa de canvi màxima admissible del valor del paràmetre de procés. Els valors dels paràmetres d'interval permesos s'especifiquen en unitats absolutes, i la desviació del valor nominal i de la taxa de canvi es pot especificar tant en unitats absolutes com com a percentatge del valor actual o de consigna.

Atès que per a un procés tecnològic el nombre de paràmetres per als quals s'estableixen els punts de consigna d'emergència i d'avís pot ser gran, en els sistemes SCADA és possible combinar els paràmetres controlats tecnològicament en grups, així com establir el nivell de prioritat per a qualsevol punt d'ajust.

La tasca principal mòdul de còpia de seguretat — proporcionar la capacitat de mostrar gràfics de paràmetres tecnològics (Tendències) a la pantalla del monitor durant un període relativament curt, així com la creació d'informes senzills. El mòdul per arxivar els valors del sistema SCADA ha de proporcionar les funcions següents:

• arxivar valors en una base de dades local amb una determinada freqüència o canvi;

• en arxivar els valors després del canvi: possibilitat d'establir una zona morta per arxivar;

• establir un límit de mida de base de dades local;

• establir el temps per emmagatzemar valors;

• realitzar un manteniment rutinari per eliminar els valors obsolets o primers quan el temps d'emmagatzematge o la mida de la base de dades es superen en mode automàtic;

• disponibilitat d'una interfície per construir gràfics de valors d'arxiu i visualitzar-los;

• disponibilitat d'un sistema per exportar valors de paràmetres durant el període especificat en forma de taula de valors.