Что могут сделать системы SCADA?
Как известно, системы SCADA способны измерять и контролировать различные параметры и переменные, такие как: уровень жидкостей, объем газов, объемный расход, масса жидкостей и газов, давление, температура, влажность, вязкость, положение и перемещение и т. д.
Основы аппаратного и программного обеспечения для систем SCADA, о которых вы должны знать
Для этого некоторые сигналы должны быть получены на основе соответствующих датчиков и преобразователей из различных электрических и электронных устройств, прежде чем их обрабатывать и анализировать с помощью системы SCADA. Эти данные могут использоваться для наблюдения за удаленными процессами.
Для этого данные обрабатываются и анализируются для создания отчетов, которые будут передаваться для управления параметрами процессов в определенных пределах.
Приложения SCADA имеют два основных уровня:
- Уровень клиента, на котором будет выполняться взаимодействие между человеком и машиной;
- Уровень сервера данных, который будет контролировать весь процесс.
Таким образом, сервер данных отправляет эти данные на клиентский уровень через удаленное оборудование, такое как ПЛК (подключается к серверу базы данных либо напрямую, либо через сеть связи, используя различные протоколы связи).
Разработанные протоколы могут быть собственностью компании (например, Siemens H1) или открытого типа (Modbus, Profibus и т. Д.). Серверы баз данных могут быть полностью подключены друг к другу, а также к клиентским станциям через сети локальной сети (LAN) на основе технологии Ethernet.
Системы SCADA могут быть относительно простыми или очень сложными, в зависимости от размера и сложности контролируемого процесса. Эти системы работают в режиме реального времени с использованием системы базы данных с именем Real Time Data Base (RTDB), которая может быть найдена на одном из серверов.
Аппаратные архитектуры
Серверы отвечают за сбор и управление данными для набора параметров. Возможно ли иметь выделенные серверы для определенных задач (например, если целью является разработка серверов процессов), серверов, работающих с обработкой сигналов тревоги или файловых серверов.
Сервер SCADA будет подключен непосредственно к ПЛК через Open Platform Communications (OPC) или RTU, который собирает и консолидирует данные из и из PLC-uri (рисунок 1). SCADA берет на себя запрос данных от приборов чтения индикаторов и оборудования.
OPC и RTU работают как концентратор данных. Данные структурированы с использованием интерфейса Man-machine (HMI) в удобном для оператора формате, чтобы иметь возможность принимать любые решения, которые оптимизировали бы связь между оборудованием.
Рисунок 1 - Оборудование SCADA
RTU выполняет следующее:
- Связь с контролируемым оборудованием;
- Считывание состояния оборудования (например, открытое / закрытое положение клапана или реле);
- Приобретение измеренных сигналов, таких как давление, поток, напряжение или ток;
- Контроль оборудования путем отправки командных сигналов, таких как закрытие клапана или реле или установка скорости насоса;
-
Чтение цифровых или аналоговых сигналов и отправка команд с использованием обоих
цифровых или аналоговых сигналов.
ПЛК содержит микропроцессор, используемый для автоматизации процессов. ПЛК снабжен входными / выходными датчиками и реле. ПЛК дешевле, чем старые системы, которые использовали десятки или сотни реле и таймеров. ПЛК программируется с использованием языков структурированного программирования и операций с элементарной логикой.
Термин « Наблюдательная станция » относится к серверам и программному обеспечению, отвечающим за связь с оборудованием (RTU, ПЛК и т. Д.) И программным обеспечением HMI, которые работают на мастер-станции в диспетчерской или где-либо еще.
Мастер-станция может состоять из одного ПК в небольшой системе SCADA. В больших системах SCADA главная станция может включать в себя несколько серверов, распределенные программные приложения и стратегии аварийного восстановления.
Чтобы повысить целостность системы, несколько серверов будут часто конфигурироваться в дублированной или горячей резервной топологии, обеспечивая контроль и мониторинг даже в случае сбоя сервера.
Вернуться к содержанию ↑
Программные архитектуры
Приложения SCADA реализованы на основе архитектуры программного обеспечения (рисунок 2 ниже). Архитектура программного обеспечения SCADA имеет как минимум два компонента:
- Приложение SCADA-сервера;
- Клиентское приложение SCADA;
Рисунок 2 - Архитектура программного обеспечения SCADA
Рисунок 3 - Системы SCADA
SCADA-сервер и клиент SCADA
Серверное приложение SCADA является многозадачным, ответственным за хранение клиентских приложений SCADA в базе данных. Клиентское приложение SCADA получает данные через последовательный порт с использованием протоколов RS232 и MODBUS RTU.
Во многих случаях приложения SCADA должны быть адресованы и удалены пользователям, у которых нет подключения к Интернету. В этом случае на веб-сервере необходим новый программный компонент. Веб-сервер используется для создания динамических веб-страниц, которые предоставляются клиентам для снижения.
Клиенты Web SCADA могут получать доступ в режиме реального времени (аналогично обычным клиентам SCADA) к спискам параметров, спискам событий и списку аварийных сигналов через простой браузер.
Но клиенты Web SCADA не получают одинаковый уровень графических пользовательских интерфейсов и имеют те же функции HMI, что и обычные клиенты SCADA. Обычные клиенты SCADA привыкли запускать определенные приложения, в отличие от клиентов Web SCADA, которые просматривают веб-страницы, предоставляемые сервером Web SCADA.
Чтобы уменьшить разницу между обычными клиентами SCADA и клиентами Web SCADA, в HMI реализованы некоторые диски, сервисы и виртуальные инструменты. Программное обеспечение визуализации, используемое для мониторинга и управления промышленным процессом, называется «программным обеспечением» HMI или «программным обеспечением SCADA».
HMI, поскольку он называется в общем случае, означает любой коммутатор, интерфейс, через который вы можете управлять устройством. Термин «автоматизация» относится к графическим интерфейсам, реализованным посредством взаимодействия с мышью и / или клавиатурой или прикосновением.
HMI / SCADA появился как терминал, предназначенный для пользователей из системы, реализованной с блоками ПЛК. ПЛК запрограммирован на автоматическое управление процессом. Поскольку блоки ПЛК распределены в большой системе, данные от ПЛК сохраняются и затем передаются. HMI / SCADA может собирать и комбинировать данные с ПЛК с использованием определенного протокола.
Программное обеспечение HMI может быть подключено к базе данных, чтобы выполнить диаграммы и диаграммы в режиме реального времени:
- Проанализировать данные ПЛК;
- Рассматривать плановое обслуживание;
- Сверлить схемы для конкретного датчика или машины;
- Применение методов устранения неполадок системы.
Рисунок 4 - Система управления энергией SCADA
Основным протоколом SCADA является MODBUS, который предназначен для отправки данных на ведущую станцию, даже когда мастер запрашивает станцию RTU. MODBUS основан на архитектуре master-slave, известной также как архитектура клиент-сервер.
Протокол предназначен для использования Modicon в собственных ПЛК. Теперь он стал стандартом коммуникации для отрасли и в настоящее время наиболее широко используется для подключения всех промышленных устройств. Протоколы содержат расширения для работы по протоколу управления передачей (TCP / IP).
На практике рекомендуется избегать безопасности интернет-соединения, чтобы снизить риски кибератак.
Этот протокол имеет следующие функции:
- Это открытый протокол с доступной документацией;
- Его можно быстро реализовать (через несколько дней, а не месяцев);
- Он работает с битами и байтами, поэтому нет особых требований к реализации.
MODBUS позволяет управлять сетевыми устройствами, что дает новые функции системе SCADA, связанные с гибкостью, надежностью и безопасностью в эксплуатации при высокой производительности.
Вернуться к содержанию ↑
Ссылка // Приложения SCADA для электроэнергетической системы Насером Махдави Табатабаи, Али Джафари Агболаги