2.3. Сравнение scada – систем

Выбор SCADA-системы для конкретного комплекса технологических процессов – это многокритериальная задача, связанная с поиском компромиссного решения относительно надежности, стоимости, технического уровня, удобства HMI, затратами на сервисное обслуживание. Существенное влияние на выбор SCADA-системы оказывают следующие параметры: характеристики, особенности динамики объекта автоматизации; учет использования SCADA-системы на других объектах автоматизации; компьютерная платформа, число и расположение АРМ; число, типы контроллерного оборудования, датчиков, исполнительных механизмов; тип интерфейсов, протоколов, сетевая архитектура; число измеряемых и управляющих величин на АРМ; степень защиты, надежность.

В SCADA-системах иерархию критериев можно рассмотреть по схеме: надежность (отсутствие рекламаций, количество инсталляций в отраслях промышленности); обмен данными (поддержка стандартных сетевых протоколов и форматов данных, наличие встроенных драйверов к аппаратным средствам автоматизации, производительность); удобство работы (возможность автоматического построения проекта, универсальность и наличие стандартных языков математического описания данных и процессов, удобство пользовательского интерфейса); техническая поддержка (возможность поддержки от разработчиков); цена (зависимость цены системы от конфигурации, возможность получения новых версий и бесплатного обновления релизов, наличие бесплатной системы разработки).

Программный комплекс ^ Factory Suite компании Wonderware предназначен для разработки систем автоматизации промышленных предприятий и состоит из следующих взаимодействующих друг с другом компонентов: InTouch – SCADA-система для визуализации и управления технологическими процессами; IndustrialSQL Server – реляционная СУБД реального времени; InControl – пакет для управления контроллерным оборудованием; Scout – средство программирования через Internet/Intranet – сети; InTrack – система управления производством; InBatch – система управления процессами дозирования и смешивания.

InTouch – широко известная и распространенная в мире SCADA-система. HMI позволяет контролировать и управлять всеми объектами и системами, используя графические объекты. Он включает: отображение параметров для управления сигналами; отображение текущих и исторических трендов; отображение и регистрацию аварийных сигналов.

Исполнительная система InTouch поддерживает базу данных текущих значений процесса. Эти значения могут отражать заданные точки контроля устройств, представляющие собой параметры физического объекта, или точки, представляющие расчетные значения.

InTouch представляет набор инструментов для графического отображения состояния процесса. Графические объекты могут быть анимированы с использованием следующих динамических атрибутов: цвет, положение, мигание, вращение, заполнение, указатели или процедуры для активации процедуры пользователя. SCADA InTouch позволяет организовать взаимодействие с другими приложениями, используя стандартные механизмы: DDE – обмен (большинство серверов ввода/вывода поддерживает DDE – обмен для передачи данных в InTouch-приложение); OLE – технология (используется для взаимодействия с некоторыми компонентами FactorySuite и другими пользовательскими приложениями); OPC – программы.

SCADA-система InTouch имеет встроенные механизмы интеграции с другими компонентами FactorySuite. Эти механизмы используют как указанные стандартные протоколы, так и собственный, разработанный фирмой Wonderware, протокол SuiteLink. В этом протоколе введена концепция меток времени и качества информации, выставляемых серверами ввода/вывода.

Широкие возможности сетевого обмена данными предоставляет пользователям SCADA-система ^ Advantech Studio(AStudio) фирмы Advantech. В данную SCADA-систему заложена концепция eAutomation, цель которой – сделать информацию о производственных процессах более доступной для всех подразделений предприятия, его клиентов, обеспечить возможность работы с этой информацией в любое время и в любом месте. Концепция eAutomation позволяет решать следующие задачи: контроль производства в реальном масштабе времени; доступ к технологической информации из любого отдела предприятия или удаленного офиса, 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 предаварийных ситуациях и авариях; улучшение сервиса при обслуживании клиентов путем предоставления информации в реальном масштабе времени о прохождении заказа, состоянии склада.

Все уровни предприятия, производственные цеха, офисы, филиалы, мобильный персонал, клиенты объединены одной сетью и используют Internet-технологии для доступа к информации. Ключевой элемент SCADA-системы AStudio – это Web-сервер. Пакет AStudio представляет программное обеспечение, совмещающее функции SCADA-систем и необходимые для реализации концепции eAutomation. К его основным свойствам относятся: среда исполнения как для Windows XP/2000, так и для ОС для встраиваемых систем Windows CE; возможность публикации данных в виде HTML-страниц, встроенный Web-сервер, совместимый с MS Internet Explorer, Netscape, подключение по сети или телефонной линии; OPC-совместимость, поддержка технологии клиент-сервер; более 100 встроенных драйверов устройств; поддержка формата XML; передача сообщений по электронной почте; графический редактор, библиотека графических символов; возможность построения графиков на основе текущей и накопленной информации; DDE-совместимость; гибкая система формирования отчетов; возможность удаленного создания, редактирования и загрузки проектов; динамическое переключение языка проекта; большая библиотека встроенных функций для создания скриптов, значительно расширяющая возможности системы; гибкая система ограничения доступа к информации.

SCADA-система AStudio имеет базу данных тегов – единое хранилище всех переменных, используемых в проекте. Редактор графических форм AStudio имеет набор инструментов для создания информационных форм: статические объекты – кнопки, геометрические фигуры, текст, импорт готовых графических изображений, библиотека готовых производственных технологических символов; динамические свойства – команды, гиперссылки, столбцовые диаграммы, ввод/вывод числовых значений и текста, изменение цвета, положения на экране и размера по условию, вращение линий и т.п.; активные объекты – окно сообщений об авариях, окно вывода текущей и архивной информации в виде графиков, списки с возможностью выбора числового значения или сообщения, окна вывода сообщений по условию и т.д. Имеется возможность добавления в экранные формы ActiveX компонентов.

В AStudio поддерживается собственный текстовый формат архивных файлов, возможно чтение/запись данных в БД, совместимые с ODBC. Имеется возможность получения информации об авариях и тревогах в реальном масштабе времени, сортировка и фильтрация сообщений, печати в реальном масштабе времени. В AStudio имеется функция включения передачи информации по e-mail. AStudio предусматривает возможность создания пользовательских скриптов – последовательности выражений со встроенными функциями, условиями, циклами. Скрипты можно привязывать к экранным формам, оформлять как отдельные задачи, выполняющиеся в фоновом режиме.

SCADA-система AStudio имеет встроенную библиотеку из более чем ста драйверов аппаратных средств под стандартные протоколы: Modbus, Modbus on TCP/IP, Profibus-DR и др. Пакет AStudio поддерживает технологию OPC и может быть как клиентом, так и сервером OPC. Обмен данными между приложениями Windows и AStudio возможен средствами ODBC, TCP/IP, DDE, а также с помощью так называемых рецептов.

Одной из популярных SCADA-систем для промышленной автоматизации является система Trace Mode 5 – интегрированный инструментальный пакет для разработки АРМ оператора АСУ ТП, а также для программирования ПЛК (Softlogic система). Система Trace Mode была разработана в 1993 г. фирмой AdAstra Research Group, Ltd (Россия, г. Москва). Пятая версия интегрированной SCADA и Softlogic систем Trace Mode 5 основана на DCOM-базовой технологии корпорации Microsoft (США), положенной в основу всех ее современных продуктов (Windows NTTM , Windows 2000, SQL Server, MS Office и др.). Основу Trace Mode составляют мощный сервер и БД, оптимизированная для работы в реальном масштабе времени (Рис. 2.6). Все внутренние и внешние программные интерфейсы максимально стандартизированы. Связь с PLC осуществляется через интерфейсы OPC и DDE, а также через собственный высокопроизводительный интерфейс T-COM. Взаимодействие сервера Trace Mode с клиентами и независимыми приложениями также производится через OPC, DDE и DCOM. Для связи Trace Mode с СУБД используется стандарт SQL/ODBC. Графические формы отображения информации пользователь может разработать не только в редакторах Trace Mode, но и на языках программирования Visual C, Visual Basic, Borland Delphi – как ActiveX объекты.

Система разработки Trace Mode 5 для Windows NT содержит ряд новых технологий проектирования АСУ ТП, отличающих ее от других SCADA-систем. Среди них следующие: обеспечение единых инструментальных средств (единой линии программирования) как для разработки операторских станций, так и для программирования PLC; разработка распределенной АСУ ТП как единого проекта; технология автопостроения TM проекта.

В систему Trace Mode 5 введены функции программирования ПЛК на основе исполнительной системы для контроллеров – Микро монитор реального времени (Микро-МРВ). Редактор базы каналов приведен в соответствие со стандартом IEC-61131-3, регламентирующим синтаксис языков программирования ПЛК. В соответствие с требованиями стандарта, программирование ПЛК осуществляется визуальными, интуитивно понятными инженерам-технологам методами в виде языка функциональных блоков (язык Техно FBD) или на языке инструкций (Техно IL).

Рис. 2.6. Архитектура SCADA-системы Trace Mode 5

Реализованные в инструментальной среде Trace Mode 5 язык ^ Техно FBD и Техно IL существенно расширены по сравнению с базовыми требованиями стандарта, включают набор более чем 150 элементарных и библиотечных функций. Среди встроенных алгоритмов – пропорционально-интегрально-дифференциальное (ПИД) регулирование, нечеткое, позиционное регулирование, преобразование на основе широтно-импульсной модуляции (ШИМ), статистические функции расчета технико-экономических показателей и т.д. Существенным развитием стандарта является добавление ряда интегрированных функциональных блоков управления типовыми технологическими объектами (клапан, задвижка, привод, мотор, насос, группа моторов и т.д.). Проектировщик имеет возможность наращивать библиотеки языков собственными функциями, учитывающими особенность задач, решаемых в проектах. Разработки пользовательских функциональных блоков можно осуществлять на языке Техно IL или С.

Trace Mode 5 имеет распределенную БДРВ. Поэтому распределенная АСУ ТП, включающая в себя несколько ПК и контроллеров, рассматривается системой как единый проект. Каждый узел (ПК или ПЛК) в распределенной АСУ ТП, работающей под управлением Trace Mode 5, имеет информацию об остальных узлах системы, и в случае его модификации автоматически обновляет соответствующие БД на других узлах. При этом АСУ можно рассматривать как в архитектуре клиент-сервер, так и в виде распределенной системы управления. Автопостроение это группа оригинальных технологий, реализованных в Trace Mode 5. Суть автопостроения заключается в автоматическом генерировании баз каналов операторских станций и ПЛК, входящих в состав проекта АСУ ТП, на основе информации о количестве точек ввода/вывода, номенклатуре ПЛК и плат устройств связи с объектом (УСО), наличии и типе связей между ПК и ПЛК.

Разработка графического интерфейса операторской станции осуществляется в объектно-ориентированном редакторе представления данных. Редактор представления данных, аналогично редактору базы каналов, позволяет создавать мнемосхемы для всех узлов распределенной АСУ ТП. Графические изображения создаются в векторном формате. Редактор дает возможность создания объемных изображений мнемосхем технологических объектов. Обширный объем библиотек технологических объектов включает в себя емкости, теплообменники, электротехнические символы, панели управления, ввода заданий, регуляторов, приборов и т.д. Возможно создание собственных операторских форм ActiveX, используя Visual Basic, Visual C и т.д.

Trace Mode позволяет создавать многоуровневые иерархически организованные, резервированные АСУ ТП. Для связи с офисными приложениями: Excel, Access, MS SQL Server, Oracle, Sybase, BaseStar, R/3, прикладными программными комплексами российского производства (Парус, Галактика), используются стандартные протоколы и интерфейсы: TCP/IP, IPX/SPX, NetBeui, DCOM, DDE/NetDDE, OPC.

АСУ ТП уровня управления технологическим оборудованием создается на основе ^ Микро МРВ Trace Mode. Эта программа размещается в PC – контроллере и осуществляет сбор данных с объекта, программно-логическое управление технологическими процессами и регулирование параметров по различным законам, ведение локальных архивов. Существуют разновидности Микро TRACE MODE для передачи данных через коммутируемую телефонную сеть и сотовую связь стандарта GSM: Micro TRACE MODE Modem и Micro ^ TRACE MODE GSM .

Основу диспетчерского уровня управления составляют мониторы реального времени (МРВ). МРВ Trace Mode – это сервер реального времени, осуществляющий прием данных с контроллеров, управление технологическими процессами, перераспределение данных по локальной сети, визуализацию информации, расчет технико-экономических показателей и статистических функций, ведение архивов. Минимальное время цикла МРВ составляет 0,001 с. Архивирование информации МРВ производится с дискретностью 0,001 с.

На административном (верхнем) уровне АСУ ТП в системе Trace Mode 5 используются модули Supervisor, которые предоставляют руководителю информацию о ходе и прогнозировании характеристик технологических процессов, статических и технологических параметров предприятия. Надежность работы диспетчерского комплекса обеспечивается встроенной системой автоматического горячего резервирования ПЛК, серверов реального времени, сервера архива.

Встроенная система автоматического горячего резервирования самостоятельно контролирует работу дублированных узлов и в случае отказа одного из них, автоматически переключает информационные потоки на резервный, производит автоматическое выравнивание и синхронизацию накопленных архивов. Резервируется датчиковое оборудование, платы ввода/вывода, УСО, ПК, ПЛК, сетевые линии, архивы.