Системы реального времени

SCADA-система – один из основных компонентов, предназначенных для реализации автоматизации. Цель автоматизации – сделать информацию о производстве, технологических процессах более доступной для всех подразделений предприятия, а также его клиентов, обеспечить возможность работы с этой информацией в любое время и в любом месте.
Приобретение на рынке SCADA-системы является основным способом проектирования программного обеспечения ЛСУТП.
В первую очередь разработчика интересуют следующие характеристики SCADA-систем:
- качество документации;
- техническая поддержка в России;
- открытость и масштабируемость;
- полнофункциональность;
- надежность;
- эффективность;
- цена.
Другой способ - создание ПО силами разработчика с привлечением соисполнителей. Этот способ разработки ПО применять не рекоменд ...

ВВЕДЕНИЕ 3
1. СИСТЕМЫ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ 5
2. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ И ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ SCADA –СИСТЕМ 8
3. ПРИМЕРЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ SCADA-СИСТЕМ 13
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 23
ЛИТЕРАТУРА 24

Персоналу, который обычно эксплуатирует сложные промышленные о объекты управления в общем случае от программно-технических средств автоматизированных систем управления технологическим процессом (АСУ ТП) требуется:
- представление в реальном масштабе времени данных о ходе технологического процесса;
- визуализация технологического процесса в виде кадров мнемосхемы;
- сигнализация отклонений параметров от заданных значений;
- возможность управляющих воздействий на элементы технологического про¬цесса;
- составление графиков различного характера;
- составление отчетных таблиц по определенным формам.
Все эти качества обеспечиваются техническими и программными средствами. Программное обеспечение, с использованием технических средств состоит из двух частей:
- базового программного обеспечения;
- прикладного программного обеспечения.
Базовое программное обеспечение приобретается либо в комплекте с техническими средствами АСУ ТП, либо приобретается дополнительно у фирм-разработчиков ПО.
В качестве базового программного обеспечения широко используются SCADA-программы.
SCADA системы (Supervisory Control And Dale Acquisition - диспетчерское управление и сбор данных) — разработаны, как универсальное многофункциональное программное обеспечение систем уровня человеко-машинного интерфейса.
SCADA-системы разрабатывались, внедрялись, изменялись, дополнялись, продолжают и будут впредь разрабатываться десятками зарубежных и российских фирм.
На российском рынке активно продвигаются SCADA-системы ряда производителей; рекламно-технические материалы фирм-разработчиков, производителей и дистрибьюторов убеждают потребителей в незаменимости конкретной SCADA-системы. Это исследование посвящено изучению и обзору SCADA-систем.
 

В отсутствие SCADA-системы насосами и другими удаленными станциями приходится управлять локально, руководствуясь информацией о давлении, расходе и другими данными, получаемыми на местах. До наступления эпохи современных SCADA-решений, типичная распределенная система управления требовала наличия штата «операторов на колесах», которые периодически посещают удаленные станции с целью сбора данных, а так же внесение изменений, контроля за соблюдением требований к техническому обслуживанию и проведению инспекций 24 часа в сутки 7 дней в неделю.В ранних SCADA-системах применялись арендованные телефонные пары, по одной паре на один сигнал. Однако подведение телефонных линий до удаленных станций влечет за собой большие расходы, к тому же телекоммуникационные компании неохотно соглашались на фиксацию отдельных соединений в своих коммутаторах. Это стимулировало SCADA-операторов на поиск других решений. В 70-годах многие попытались перейти на радиосвязь и немедленно столкнулись с целым рядом проблем: полосы частот тогда были значительно уже, чем в начале XXI века, а правила лицензирования частот в городах по всему миру были такие, что часто превращали SCADA - системы на базе радио в невыполнимую мечту.2 . Цифровая телеметрия SCADA .Ситуация упростилась после того, как в 70 годах прошлого века начался переход с аналоговой телеметрии, которая функционировала по принципу частотной манипуляции (Frequency Shift Keying/FSK) на цифровую телеметрию. Первые цифровые решения принадлежали частным фирмам, затем появились системы на базе готовых коммерческих продуктов. Микропроцессоры вместе с разработанными в Национальном космическом агентстве (США) технологиями сжатия и кодирования позволили организовывать передачу на одной радиочастоте (или по одной арендованной линии в тех случаях, когда использовать радио было нельзя) сразу несколько сигналов и аналоговых величин.Наконец SCADA - системы стали давать своим пользователям то, о чем они всегда мечтали: актуальную информацию о том, что происходит в масштабах всего предприятия плюс возможность управления всем предприятием из центра. И все же первые цифровые решения были не так надежны, как реле, подключенные к одному каналу. SCADA -системы с радиосвязью периодически оказывались недоступны. Арендованные телефонные линии тоже не были панацеей: их могли испортить разработчики. Да и печатные платы сорок лет назад были совсем не так надежны, как сегодня.Ранние SCADA -системы проектировались таким образом, чтобы сохранить за удаленными станциями как можно больше управляющих функций. Были разработаны специальные дистанционные терминалы (Remote Terminal Unit / RTU ), которые способны сохранять ограниченные объемы данных и поддерживать работу удаленных станций в периоды отсутствия связи с главной станцией. Типичная SCADA-система первого поколения оставалась подключенной к имитационному стенду, и очень часто для обслуживания такой системы требовались «операторы на колесах» .3 . Машинные интерфейсыС появлением компьютеров, рабочих станций, графического программного обеспечения и, наконец, операционных систем Windows у разработчиков появилась возможность создавать человеко-машинные интерфейсы (Human Machine Interface / HMI) , заменившие имитационные стены и оставили «операторов на колесах» без работы . Программные человеко-машинные интерфейсы всегда представляли собой нечто большее, чем просто ПО для визуализации состояния системы в реальном времени. Реальные решения класса HMI практически с самого начала были программно-реализованными версиями главной станции SCADA -системы.OpenSCADA или свободная система диспетчерского контроля и сбора данных.Основными свойствами системы являются: открытость, многоплатформенность, модульность и масштабируемость. Система OpenSCADA предназначена для сбора, архивирования, визуализации информации , выдачи управляющих воздействий , а также других родственных операций , характерных для полнофункциональной SCADA-системы.Система OpenSCADA предназначена для выполнения как обычных функций SCADA-систем, так и для использования в смежных областях информационных технологий.Система OpenSCADA может использоваться:- на промышленных объектах, в качестве полнофункциональной SCADA -системы;- во встраиваемых системах, в качестве среды выполнения;- для построения различных моделей ( технологических , химических , физических, электрических процессов ) с последующим моделированием ;- на персональных компьютерах, серверах и кластерах для сбора , обработки, представления и архивации информации о системе и ее окружения.5.WebSCADAПод термином WebSCADA, как правило, понимается реализация человеко-машинного интерфейса (HMI) SCADA - систем на основе web-технологий. Это позволяет осуществлять контроль и управление SCADA-системой через стандартный браузер, который выступает в этом случае в качестве тонкого клиента.Архитектура таких систем включает в себя WebSCADA - сервер и клиентские терминалы - ПК, КПК или мобильные телефоны с Web -браузером. Подключение клиентов к WebSCADA - серверу через Internet/Intranet позволяет им взаимодействовать с прикладной задачей автоматизации, как с простой web или WAP-страницей. Однако на данном этапе развития WebSCADA еще не достигло уровня широкого промышленного внедрения, потому что существуют сложности с защитой передаваемой информации. Кроме этого, реализация функций управления через незащищенные каналы связи противоречит соображениям безопасности любого промышленного объекта. В связи с этим, в большинстве случаев Web-интерфейсы используются, как удаленных клиентов для контроля и сбора данных.Основными стимулами развития SCADA -систем и рост их популярности в течение последних пятидесяти лет служили два тесно связанных друг с другом фактора. Первый - это желание операторов иметь более полный и качественный контроль над распределенными процессами. Второй фактор - это стремление руководства сокращать и регулировать затраты .SCADA является главным и наиболее удачным методом автоматического управления сложными процессами, поскольку может значительно сократить время реакции системы на возникающие ситуации и при этом остается «дружелюбной» к человеку , осуществляет контроль действий АСУ ТП.В обзоре [1] приведены характеристики SCADA-систем того времени. SCADA-системы оцениваются поставщиками по 94 критериям, сопутствующим этапам жизненного цикла SCADA.Критерии сгруппированы по четырем категориям по степени приоритетности выбора системы.Безусловно, очень сложно проанализировать SCADA-системы при их выборе по большому числу характеристик.Детально ознакомиться со SCADA-системой только из полученной от поставщика системы документации невозможно. Однако выбирать все-таки необходимо. Для этого следует выделить несколько основных требований к системе, которые касаются функциональных возможностей, ресурсов, удобства разработки прикладных программ и др.ПРИМЕРЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ SCADA-СИСТЕМОбласть применения SCADA-систем может быть очень широкой. Вот лишь несколько примеров эффективно решаемых задач:контроль производства в реальном времени, доступ к технологической информации по необходимости из любого отдела предприятия лил удаленного офиса без ожидания отчетов, возможность оперативного принятия решений не только на технологическом уровне, но и на уровне управления предприятием;интеграция данных АСУ ТП с программными системами управления предприятием, возможность создания “цифровой нервной системы” предприятия;удаленный мониторинг, необходимый в задачах диспетчеризации транспортных предприятий, систем жизнеобеспечения зданий;удаленная диагностика оборудования, оперативное оповещение персонала о сбоях и авариях;улучшение сервиса при обслуживании клиентов путем предоставления информации в реальном времени о прохождении заказа, состоянии склада.Концепция SCADA-систем включает в себя три основные технологии: IBM PC совместимые аппаратные платформы промышленной сети, сеть Ethernet и современные Web-технологии [4]. Пример системы, в которой реализованы идеи SCADA-систем, показан на рис. 3.1. Рисунок 3.1 – Пример системы, демонстрирующей возможности концепции автоматизацииВсе уровни предприятия, производственные цеха, офисы, филиалы, мобильный персонал, а при необходимости и клиенты объединены одной сетью и используют Интернет-технологии для доступа к информации. Фирмы предлагают ряд свободно программируемых IBM PC совместимых устройств, накапливающих информацию и предоставляющих ее всем заинтересованным пользователям с помощью интегрированного Web-сервера. При таком подходе для работы с технологическими данными клиенту не требуется ничего, кроме компьютера, подключенного к промышленной сети Интернет. Своевременное оповещение персонала, рассылка отчетов возможны средствами электронной почты. Для обмена информацией с программными пакетами управления безнес-процессами предприятия концепция предлагает использовать технологию ОРС (рис.3.2). Рисунок 3.2 – Функциональная схема АСУТПРазработка SCADA-системы, как и разработка любой автоматизированной системы, ведется в общем случае в следующей последовательности [3]:формируются требования к SCADA-системе;разрабатывается концепция SCADA-системы;разрабатывается технический проект АСУ ТП верхнего уровня;разрабатывается программная документация SCADA-системы.На этапе формирования требований проводят:сбор данных об объекте автоматизации и функциях, подлежащих автоматизации (описание объекта управления и технологического процесса в нем);оценку качества функционирования объекта и выявление проблем, решение которых возможно SCADA-системой;формирование требований к SCADA-системе.Пакет GENIE является инструментальным средством для создания программного обеспечения сбора данных и оперативного диспетчерского управления (SCADA), использующегося в среде Windows 98/NT. Пакет GENIE состоит из двух главных программных модулей: Построитель стратегий GENIE (GENIE.ЕХЕ) и Исполнительная среда GENIE (GWRUN.EXE).