Основные подсистемы SCADA-пакетов

Создание современной системы управления потребует от разработчика некоторого набора знаний применяемого в проекте SCADA-пакета. Что же надо знать о SCADA разработчику, приступая к созданию проекта? Для реализации рассмотренных в разделе 2.1 базовых функций SCADA-системы разработчику потребуется, как минимум: организовать взаимодействие SCADA-пакета с аппаратными средствами автоматизации (контроллерами); создать графический интерфейс для диспетчера/оператора, т.е. отображение технологического процесса и значений параметров на динамизированных мнемосхемах; обеспечить оперативный персонал информацией о ситуациях, связанных с отклонением технологических параметров от заданных значений, о предаварийном состоянии оборудования и т.п.; настроить систему регистрации и архивирования данных и их представление на мониторе в виде трендов, что позволит оператору и специалистам проводить анализ состояния процесса и оборудования.

Для разработки качественного операторского интерфейса разработчику также необходимо владеть встроенным в SCADA-пакет языком программирования. С его помощью создаются так называемые сценарии (скрипты) – фрагменты программ, обеспечивающие оперативный персонал своевременной информацией и облегчающие управление процессом. Таким образом, SCADA – это набор инструментов (подсистем) для решения перечисленных выше задач.

·  Взаимодействие SCADA-пакетов с контроллерами

Сбор данных и управление предполагают перемещение информации между объектом и станцией оператора. Обязательным промежуточным звеном в этой цепочке является контроллер. Взаимодействие контроллера, как поставщика и приемника информации, со SCADA-системой обеспечивается драйверами (раздел 2.3). Какие драйверы поставляются с тем или иным SCADA-пакетом, как установить драйвер, какие диалоги при этом должны быть заполнены, какая информация потребуется разработчику, имеется ли инструментарий для разработки собственных драйверов? На эти и многие другие вопросы еще предстоит ответить. Кроме этого, система управления включает, как правило, еще ряд компонентов: серверы данных, рабочие станции специалистов и т.п. Все компоненты системы управления объединены между собой промышленной (управляющей) сетью. Системы управления отдельными технологическими процессами (АСУТП) и другие подразделения предприятия объединены между собой в локальную вычислительную сеть (ЛВС). И здесь возникает еще целый ряд вопросов: какие популярные промышленные сети поддерживает SCADA-пакет, какие протоколы обмена с типовыми реляционными базами данных могут быть (36) использованы?

· Графический интерфейс

Качество отображения информации на мнемосхемах определяется характеристиками графических возможностей пакетов. К ним можно отнести графический редактор, возможность создания объемных изображений, наличие библиотек и разнообразие графических заготовок и готовых объектов, богатство инструментария, многообразие динамических свойств элементов мнемосхем, форматы импортируемых изображений, наличие инструментария для создания растровых рисунков, наличие и возможности многооконных режимов и т. п. При создании компонентов операторских интерфейсов (например, мнемосхем) разработчику приходится использовать графические объекты, представляющие собой технологические аппараты (колонны, емкости, теплообменники и т. д.), участки трубопровода и такие устройства, как клапаны, насосы, электродвигатели, контроллеры, компьютеры и т. д. Как правило, это сложные объекты, полученные объединением множества простых объектов или рисунки типа Bitmap.

Создание каждого из этих объектов требует большого времени и может значительно затянуть разработку проекта. Для ускорения работы над проектом практически все SCADA-пакеты предлагает разработчику библиотеки готовых объектов, включающие сотни и тысячи графических компонентов (рис. 2.13).

Теперь нет необходимости рисовать объект и терять драгоценное время, если подобный объект есть в библиотеке. Достаточно открыть библиотеку объектов щелчком по соответствующей иконке инструментария, выбрать раздел, затем - объект и вставлять его в любые окна разрабатываемого интерфейса. Операция вставки готового объекта занимает всего несколько секунд.

Рис. 2.13. Библиотека «Насосы»SCADA-пакета iFIX.

Часто при разработке графического интерфейса приходится создавать типовые группы объектов, предназначенные для решения конкретной задачи. Например, группа из трех объектов (кнопка «ПУСК», кнопка «СТОП»и индикатор состояния - лампочка зеленого/красного цвета) предназначена для пуска/останова насоса, электродвигателя, конвейера и т. д. с индикацией их состояния. Тогда каждый раз для решения этой задачи разработчику придется создавать эти три объекта и конфигурировать их (задавать динамические свойства). Но таких объектов в одном окне может оказаться несколько. Время специалиста в этом случае будет расходоваться неэффективно.

Для решения подобных задач SCADA-пакеты предлагают различные решения: готовые сложные объекты с заданным набором динамических свойств, хранящиеся в специальных библиотеках; инструментарий для их создания с возможностью сохранения в библиотеке для многократного использования. Разработчику надо лишь выбрать требуемый объект из библиотеки, вставить его в графическую страницу и в появившийся на экране диалог ввести имя/имена переменной/переменных. В SCADA-системах различных производителей набор динамических свойств объектов достаточно типизирован. В режиме исполнения при определенных условиях объекты интерфейса могут: перемещаться (горизонтально, вертикально); изменять размеры (по горизонтали, по вертикали); заполняться цветом (по горизонтали, по вертикали); быть ползунковыми регуляторами (горизонтального или вертикального типа); появляться на экране и исчезать с него (видимость); мерцать; вращаться; изменять цвет.Один и тот же объект может иметь набор различных динамических свойств. Комбинации этих свойств предоставляют возможность создавать на экране в режиме исполнения (Runtime) практически любые динамические эффекты, облегчая оператору/диспетчеру восприятие информации. В целях унификации окон интерфейса оператора/диспетчера и сокращения сроков разработки проектов некоторые компании-производители SCADA снабжают свои пакеты программ шаблонами окон с возможностью их модификации и создания собственных шаблонов. Другие SCADA-системы предусматривают возможность импорта/экспорта окон из одних приложений в другие, что также существенно упрощает процесс разработки.

· Подсистема сигнализации Возможности по предоставлению информации эксплуатационному персоналу об аварийных ситуациях и событиях обеспечиваются подсистемами сигнализации. Такие подсистемы - обязательный компонент любого SCADA-пакета, но механизмы их реализации различны.

В русском языке понятие «сигнализация»стоит рядом с понятием «тревога». Английским аналогом этих понятий является Alarm (аларм). В дальнейшем изложении материала по подсистемам сигнализации различных SCADA-пакетов авторами будет использоваться та терминология, которая одобрена их производителями при переводе документации на русский язык (iFIX – тревоги, InTouch – алармы). Поддерживаемые типы алармов (тревог), приоритеты, возможности по фильтрации алармов (группировка), механизмы вывода информации об алармах, удобство конфигурирования системы алармов и т. п. - вот далеко не полный перечень характеристик подсистемы сигнализации. 

Аларм (состояние тревоги) - это сообщение, формируемое системой управления и имеющее целью привлечь внимание оперативного персонала о возникновении ситуации, которая может привести к нарушению технологического процесса или более серьезным последствиям. Степень важности того или иного аварийного сообщения зависит от последствий, к которым может привести нарушение, вызвавшее данное аварийное сообщение. Наиболее важные аварийные сообщения могут потребовать вмешательства оперативного персонала. Поэтому для большинства аварийных сообщений, сформированных системой, требуется подтверждение (квитирование) их получения оператором/диспетчером. Причины, вызывающие состояние аларма, могут быть самыми разными: отказ аппаратных средств (датчиков, контроллеров, каналов связи); отказ технологического оборудования (насоса, электродвигателя и т. п.); выход параметров технологического процесса за заданные границы. Все SCADA - системы поддерживают алармы двух типов: дискретные и аналоговые. Дискретные алармы срабатывают при изменении состояния дискретной переменной (кран открыт/закрыт, насос включен/выключен). По умолчанию дискретныйаларм может срабатывать при переходе на 1 (ON) или на 0 (OFF), в зависимости от конкретного SCADA - пакета. Аналоговые алармыбазируются на анализе выхода значений переменной за указанные верхние и нижние пределы. Аналоговые алармы могут быть заданы в нескольких комбинациях (рис. 2.14): верхние пределы (предаварийный и аварийный);нижний пределы (предаварийный и аварийный);отклонение от заданного значения;скорость изменения параметра.

Рис. 2.14. Графическая интерпретация верхних предаварийного

            и аварийного алармов.

Для выхода переменной из состояния аларма необходимо, чтобы ее значение стало меньше порогового на величину, называемую зоной нечувствительности. Аналогично можно интерпретировать нижние предаварийные и аварийные алармы. Все вышеизложенное справедливо и для аларма типа «отклонение». З аданное значение в ходе технологического процесса может изменяться либо оператором, либо программно (автоматически). Аларм«сработает» при выходе значения переменной за границу допустимого отклонения.

Алармы, определяемые скоростью изменения параметра, возникают в случае, если она становится больше (меньше) предельно допустимой. Понятие «зона нечувствительности»к алармам этого типа не применяется.

· Подсистема регистрации, архивирования и отображения данных в  виде трендов Представление данных в виде графиков (трендов) реализуется в современных SCADA-пакетах специальными подсистемами. К характеристикам таких подсистем можно отнести способы регистрации архивных данных, способы отображения трендов, удобство по конфигурированию трендов, возможности по переконфигурир трендов в режиме Runtime, предоставл сервис при работе с архивными трендами, возможность построения графиков y(x) и т. п.

Тренды реального времени ( RealTim e) отображаютдинамические изменения параметра в текущем времени (в темпе с протеканием технологического процесса). При появленнового значения параметра в окне тренда происходит прокрутка графика. Текущее значение параметра выводится, как правило, в правой части окна. Исторические (Historical ) или архивные тренды не являются динамическими и строятсяна основе выборки архивных данных. Отображаемые значения переменных на архивных трендах неподвижны и могут быть отображены только на определенном выборкой отрезке времени.

При работе SCADA-системы в режиме Runtime (среда исполнения) производится запись значений переменных в регистрац файлы. Для графичотображен информации SCADA-системы различн производителей предлагают два решения: использование двух различных инструментов для создания диаграмм под тренды реального времени и архивные тренды; единый инструмент для трендов реального времени и архивных трендов.