SCADA - системы в АСУТП

В настоящее время на всех уровнях создаваемых АСУТП используются программируемые технические средства, в которые должно быть установлено программное обеспечение требуемых функциональных задач. В общем случае это программное обеспечение должно включать  в себя  программное обеспечение УСО, осуществляющих связь с ТОУ, и прикладное программное обеспечение АРМов (ППО), решающее задачи их связи с УСО и организации «человеко-машинного интерфейса» HMI (Human-Machine Interface) для лиц, принимающих управленческие решения: операторов, диспетчеров, управленцев.

В данной главе рассмотрим современные принципы разработки ППО АРМов  разных уровней АСУТП.

ППО разрабатывается в соответствии с проектной документацией  на этапе создания АСУТП и предназначается для установки в АРМы, которые должны отслеживать текущее состояние отдельных ТхО и ТП в целом, обеспечивать возможности  принятия управленческих решений и формирования управленческих воздействий как с целью оперативного изменения параметров ТП, так и с целью организационного воздействия на службы, обеспечивающие выполнение ТП в соответствии с регламентом. Таким образом, разрабатываемое ППО должно быть ориентировано как на решение задач управления оборудованием при взаимодействии с ТП, так и  организации эффективного взаимодействия типа «человек (лицо принимающее управленческие решения на определенном уровне, в определенном объеме функций) – система». При этом принципиальной особенностью ППО, разрабатываемого для АСУТП, является необходимость решения указанных задач в  режиме реального времени, в котором нормируется время реакции на каждое возмущающее воздействие как со стороны ТП, так и со стороны АРМ.  

При разработке ППО любой сложности всегда существует проблема: как добиться того, чтобы разработчики АСУТП и технологи, для которых создается АСУТП, могли на понятном обоим языке отследить полноту технических требований к автоматизации отдельных ТхО или всего ТП и сделать это наиболее эффективно. Если на уровне взаимодействия АРМов с ТОУ задачи программирования могут быть четко сформулированы на основе математических описаний законов управления, то на уровне HMI  таких законов нет. Поэтому встал вопрос: каким образом можно описать человеко-машинный интерфейс применительно к решению определенных задач достаточно формализовано, чтобы исключались разночтения сформулированных требований к автоматизации не только разными специалистами, но и одними и теми же специалистами, но на разных стадиях создания системы.

Разработки ППО для АСУТП выполняются уже в течение нескольких десятилетий и среди разных подходов к выполнению таких разработок наиболее перспективными оказались те, которые основывались на использовании метода визуального программирования. Этот метод получил активное развитие  в SCADA.

SCADA – это Supervisor Control And Data Acquisition (оперативное управление и сбор данных), т. е. в самом названии указаны два функциональных назначения:

     − сбор данных о технологическом процессе и представление их в удобной форме лицам, принимающим управленческие решения;

     − управление технологическим процессом, реализуемое человеком, на основе собранных данных и правил (критериев), выполнение которых обеспечивает эффективность функционирования технологического процесса.

Как правило, SCADA употребляется вместе со словом «система». SCADA-система – это программный продукт. Добавление «система» показывает составной характер этого продукта, в котором  различают:

    – набор инструментальных программных средств, предназначенных для решения при разработке ППО АСУТП разных функциональных задач;

    –  набор исполнительных программных средств: run time, поддерживающих выполнение исполнительных функций на этапе эксплуатации разработанного ППО АСУТП.

          Применение SCADA-системы при создании ППО обеспечивает:

1) возможность мнемосхемного отображения ТП в форме, удобной для восприятия не только операторами и диспетчерами, но и специалистами технологических служб предприятия. Разработка мнемосхемных отображений осуществляется с использованием выразительных технологических «образов» и мультипликантов органов управления различных типов (см. рис.7.1). Например: органы управления в виде кнопок управления, рубильников, ползунковых или поворотных задатчиков уставок регуляторам; экранные формы отображения параметров процесса типа цифровых табло, стрелочных, полосковых или цифровых многопозиционных индикаторов; графики изменения измеряемых величин; сигнализирующие табло различной формы и тематического содержания;

2) взаимодействие АРМ с различными типами внешних устройств,  осуществляющих связь с объектом,  с использованием необходимых драйверов, поддерживающих работу этих устройств;

3) поддержку функционирования ППО в реальном времени, то есть с нормированным временем отклика системы на  внешние события;

4) прием от устройств, взаимодействующих с ТП, информации об измеряемых и контролируемых технологических параметрах, с фиксированием этих событий  в координатах текущего времени (дата, час., мин, сек);

5) обработку измерительной информации, представляемой результатами измерений  требуемой размерности. Результаты измерений при этом контролируются относительно граничных значений допустимого диапазона или скорости измерения измеряемых величин, а также представляются в различных графических формах;

6) оповещение (световое, звуковое) эксплуатационного и обслуживающего персонала об аварийных событиях, о недопустимых условиях  функционирования  технологического оборудования или оборудования автоматики; обязательная архивная регистрация как аварийных сообщений, так и действий эксплуатационного персонала в аварийных ситуациях;

7) ведение архивов событий, происходящих при управлении ТП: формируются архивы временных состояний системы (полное или выборочное сохранение параметров  процесса через заданные промежутки времени постоянно или по условию), а также архивы аварий, событий и поведения переменных процесса во времени (так называемые тренды);

8) возможность диспетчерского или операторского  управления ТП или ТхО путем формирования  команд управления с передачей их в адрес соответствующих УСО; фиксирование управляющих действий лица, принимающего управленческие решения,  в архивах событий;

9) формирование сводок и других отчетных документов на основе архивной информации и в требуемой форме представления;

10) непосредственное автоматическое управление ТхО по заданным алгоритмами, выполнение математических и логических вычислений при  реализация алгоритмов формирования управляющих воздействий в зависимости от характеристик объекта в том числе в режимах «советчика», супервизорного управления, прямого цифрового управления, а также выбор необходимых алгоритмов из специальной библиотеки;

11) возможность защиты от несанкционированного доступа к управлению объектом;

12) возможности многооконного графического интерфейса и других очевидных функций, таких как импорт изображений, создание собственных библиотек  динамических объектов, элементов мнемосхем и т. п.

Таким образом использование SCADA-технологии обеспечивает практически неограниченные возможности в реализации функций: сбора информации о ТП; автоматического управления отдельными ТхО и разных методов автоматизированного управления  ТП в целом; индивидуального решения в каждом АРМ интерфейса интерактивного взаимодействия типа «человек-система» с использованием мнемонических интуитивно понятных изобразительных образов;  сохранения истории изменения управляемого процесса и истории формирования управляющих воздействий; активного взаимодействия с другими средствами, позволяющими создавать изображения, которые могут быть заимствованы для решения задач визуализации в рамках конкретного проекта. Еще раз обратим внимание на то, что SCADA-технология только «обеспечивает возможности» разработчикам ППО, позволяя: сократить сроки и существенно снизить трудоемкость разработки ППО; обеспечить «прозрачность» программных решений и принцип их последовательного развития; повысить надежность принятых в  ППО решений и т. д. Как эти возможности будут реализованы в рамках конкретного проекта – это уже будет зависеть от проектного решения, от способностей разработчика ППО, от возможностей выбранной SCADA-системы.  

Как уже было отмечено выше, исключительно важным при использовании SCADA-технологии является возможность организации продуктивного диалога разработчиков ППО с технологами автоматизируемого ТП на понятном обеим сторонам языке визуальной реализации функций управления создаваемой АСУТП. Суть такого диалога проявляется в том, что  разработка ППО начинается как бы «с конца»,  т. е. с разработки отображения мнемосхемы технологического процесса с учетом функций автоматизированного управления, определения форм представления измерительной и сигнализирующей информации, состава и форм ведения архивных данных. В процессе диалога на уровне согласования выбираются  предпочтительные формы интерфейса «человек-система» при решении задач контроля и управления на уровне каждого АРМ. И только после такого диалогового согласования всех вопросов, определяющих, фактически, назначение АСУТП, разработчики системы могут приступать к разработке низовой части АСУТП под уже отработанные и согласованные интерфейсы «человек-система» без опасения, что что-то из требований заказчика «не так понято»,  что-то упущено, а что-то оказывается лишним.

Подход к созданию ППО АСУТП основанный на технологии визуального программирования отразился в появлении очень характерного рекламного слогана фирмы АдАстра: «Нарисуй свою АСУТП!», который, конечно же, нельзя понимать буквально, но который характеризует особенности метода проектирования АСУТП с использованием SCADA-технологии.

Об эффективности SCADA-технологии свидетельствует тот факт, что практически каждый год на рынке появляется новый SCADA-продукт. Это тот случай, когда спрос рождает предложения. В настоящее время в России проектировщикам предоставлен большой выбор SCADA [см., например, сайты: insat.ru, www.adastra.ru, krug2000.ru и возникает необходимость выбора определенной SCADA для реализации задач конкретного проекта.