Sustavi prikupljanja podataka i operativnog upravljanja (SCADA sustavi)

Pojam Supervisory Control and Data Acquisition System ili SCADA sustav pojavio se kasnih 1980-ih. XX. stoljeća. istodobno s prvim pokušajima korištenja osobnih računala s instaliranim grafičkim aplikacijama kao operaterskih konzola.

Prvi SCADA sustavi razvijeni su za DOS ili Unix operativne sustave i imali su prilično skromne mogućnosti, kako zbog hardverskih ograničenja hardvera, tako i zbog grafičkih mogućnosti operativnih sustava. SCADA sustavi postali su široko rasprostranjeni istodobno s pojavom grafičkih sučelja, kao što su Windows 3.11, X-Windows, Phantom i hardver koji vam omogućuje postizanje potrebne brzine izvršavanja procesa u višezadaćnim načinima rada.

Razlog nastanka SCADA sustava kao alata za razvoj softvera najviše razine sličan je razlozima nastanka sustava poput Borland Delphija i drugih sustava za vizualno programiranje.Njihov glavni zadatak je osloboditi programere softvera rutinskog i doista beskorisnog tereta opisivanja standardnih sučelja i funkcija. Istodobno, treba razumjeti da korištenje SCADA sustava ne podrazumijeva smanjenje zahtjeva za kvalifikacijom programera, kako se pokušava zamisliti.

Razlikovati sustave MMI (sučelje čovjek stroj) i SCADA, jer su se obojica uspješno razvila neovisno jedna o drugoj, zauzimajući različite niše na tržištu uređaja HMI (Human Machine Interface).

MMI sustavi su zapravo lokalne upravljačke ploče za pojedine uređaje ili tehnološke instalacije, opremljene alfanumeričkim ekranima i tipkovnicama ili grafičkim, najčešće ekranima osjetljivim na dodir.

U većini slučajeva, MMI uređaj je implementiran pomoću posebnog kontrolera, a njegov softverski dio ne podrazumijeva nikakve dodatne modifikacije ili promjene.

Istovremeno, SCADA sustavi uključuju korištenje standardnih osobnih računala i operativnih sustava, koriste se za automatizaciju procesa upravljanja velikim tehnološkim procesima, u kojima je uključen veliki broj izvršnih uređaja i tehnoloških jedinica, a također podržavaju mogućnost implementacija distribuiranih aplikacija (koristeći više operaterskih konzola) …

Nemoguće je povući jasnu granicu između MMI i SCADA sustava zbog postojanja end-to-end sustava programiranja u kojima često ne postoji razlika između alata za razvoj softvera za različite razine upravljačkog sustava.

Nepostojanje jedinstvenog standarda koji opisuje namjenu i funkcionalni sastav SCADA sustava te razlike u tumačenju samog pojma "SCADA" otežavaju klasifikaciju i usporedbu sustava ove klase.

Mogu se razlikovati sljedeće glavne skupine SCADA sustava:

• SCADA sustavi koje su razvili proizvođači kontrolera;

• SCADA sustavi koje su razvili neovisni proizvođači;

• SCADA sustavi su komponente end-to-end sustava za programiranje.

Zadatak proizvođača kontrolerske opreme u razvoju vlastitog SCADA sustava je pružiti krajnjem korisniku alat za razvoj aplikacija za vizualizaciju pomoću kontrolera tog proizvođača.

Mogu se razlikovati sljedeće glavne karakteristike takvih sustava:

• sučelje ovih sustava ponavlja sučelje sredstava za pisanje softvera za upravljačku opremu;

• Komponente SCADA sustava su optimizirane za rad s podacima dobivenim od upravljačke opreme određenog proizvođača;

• Sučelja za razmjenu podataka s opremom drugih proizvođača su loše implementirana ili teška za korištenje.

Klasičan primjer takvog sustava je Siemens WinCC… Korištenje takvih vlasničkih sustava, s jedne strane, smanjuje troškove obuke stručnjaka za razvoj softvera, ali s druge strane, striktno veže i programera i krajnjeg korisnika sustava za određenog proizvođača ili čak za određenu linija opreme jednog proizvođača.

Osim toga, brojni proizvođači upravljačke opreme bili su prisiljeni razviti vlastite SCADA sustave u marketinške svrhe, a da svojim softverskim proizvodima nisu osigurali potrebnu razinu podrške i održavanja.

SCADA sustavi trećih strana najfleksibilniji su alati za izradu aplikacija za vizualizaciju procesa i upravljanje. Njihove prednosti uključuju podršku velikog broja funkcija za kreiranje decentraliziranih i distribuiranih sustava upravljanja, kao i mogućnost integracije opreme različitih, uključujući konkurentske, proizvođače u jedan sustav.

Za razmjenu podataka s izvršnom opremom, takvi sustavi koriste softverske I/O poslužitelje koji implementiraju DDE ili OPC sučelja. Širenje ovakvih SCADA sustava, kao i potreba za usklađivanjem sa standardima alata za automatizaciju, doveli su do činjenice da svi razvijači kontrolerske opreme imaju svoje OPC ili DDE softverski poslužitelji, koji se isporučuju kompletno s opremom ili po narudžbi.

Budući da end-to-end sustav programiranja uključuje razvoj operatorskih stanica kao sastavnog dijela upravljačkog sustava, uvijek sadrži zasebne komponente SCADA sustava. Međutim, budući da cijeli sustav funkcionira kao cjelina, te komponente mogu biti i komponente drugih modula end-to-end sustava za programiranje ili može biti nemoguće odvojiti SCADA sustav u njegovom čistom obliku u programski proizvod.

Takvi sustavi imaju iste prednosti i nedostatke kao SCADA sustavi koje su razvili proizvođači kontrolera, uzimajući u obzir dvije glavne razlike:

• SCADA sustavi, koji su sastavni dio end-to-end sustava za programiranje, praktički nemaju nikakvu interoperabilnost sa softverom i hardverom drugih proizvođača;

• uloga SCADA sustava u takvim aplikacijama ograničena je na razvoj grafičkog sučelja.

Sastav i struktura SCADA sustava

Sastav i struktura SCADA sustava

Obično se SCADA sustavi sastoje od dva odvojena skupa softverskih proizvoda: razvojnog okruženja i izvršnog okruženja.

Razvojno okruženje naziva se skup kojim se projektira i konfigurira okolina za vizualizaciju tehnološkog procesa.

Okruženje tijekom rada — ovo je skup programskih proizvoda koji su potrebni za rad na projektu programa za vizualizaciju tehnološkog procesa u operaterskoj stanici.

Zasebno treba razmotriti pitanje interakcije između razvojnog okruženja i okruženja za izvođenje tijekom rada s istim projektom programera i operatera:

1. Promjene koje je napravio programer stupaju na snagu odmah.

2. Vrijeme izvođenja odražava promjene koje su napravljene u izvornom kodu projekta.

3. Promjene se odražavaju tijekom izvođenja ponovnog pokretanja ili prisilnog pokretanja.

Implementacija prve vrste interakcije omogućuje prilično jasno i učinkovito demonstriranje mogućnosti proizvoda u komercijalnim prezentacijama, te se stoga ponekad implementira u finalne softverske proizvode. Međutim, kada radite sa stvarnim projektima, postoji potencijalna opasnost od propuštanja dijela grafičkog sučelja ili dinamičkog pomicanja kontrola. U tom smislu najrašireniji su drugi i treći tip interakcije ili njihova kombinacija.

Mogu se razlikovati sljedeći glavni dijelovi SCADA sustava:

• baza oznaka;

• modul grafičkog prikaza;

• procesor skripti;

• sustav alarma i upozorenja;

• modul za arhiviranje parametara tehnološkog procesa.

Oznaka SCADA sustava Je objekt za pohranjivanje vrijednosti parametra tehnološkog procesa i njegovih svojstava. Oznake se ponekad netočno nazivaju "varijablama". Istodobno, koncept oznake najbliži je definiciji klase u objektno orijentiranim programskim jezicima.

Modul za grafički prikaz implementira grafičko sučelje projekta. U pravilu, grafičko sučelje je skup ekranskih formi na koje se nalaze grafički elementi. Zadatak izrade zaslona svodi se na postavljanje grafičkih elemenata na zaslonske oblike i postavljanje njihovih svojstava.

U procesu pozivanja, prikaza i zatvaranja ekranskih formi, prilikom klikanja na grafičke objekte, mijenjanja svojstava ili vrijednosti pojedinih oznaka, potrebno je izvršiti izračune ili radnje za koje postoje motor skripte… Skripte se u nekim sustavima nazivaju i "makronaredbe" ili "skripte".

Većina skripti SCADA sustava koje implementiraju grafičko sučelje automatiziranih radnih stanica operatera su rukovatelji klikom miša na grafičke elemente.

Za skripte, SCADA sustavi različitih proizvođača nude jedan ili više jezika. Sustavi koje su razvili proizvođači kontrolera ili kao dio end-to-end sustava programiranja obično nude iste programske jezike za skriptiranje kao i za pisanje softver kontrolera… SCADA sustavi trećih strana često nude specijalizirane makro skriptne jezike.

Korištenje programskih jezika opće namjene omogućuje vam implementaciju složenih korisničkih sučelja i nestandardnih metoda rada s podacima pristupom dodatnim bibliotekama i API-jima.

Istodobno, programer mora u svakom slučaju proučiti knjižnice funkcija za rad s komponentama SCADA sustava, na isti način kao što se proučavaju makro jezici, a implementirani kod može biti potencijalno opasan ili naslijediti pogreške iz funkcije treće strane knjižnice .

Sustav alarma namijenjen je obavijesti operatera o vrijednosti procesnog parametra izvan dopuštenih granica. U pravilu, za svaki tehnološki parametar mogu se postaviti 2 vrste postavki prema kojima će se pojaviti obavijest: odnosno postavke za hitne slučajeve i postavke upozorenja.

Ovisno o mogućnostima sustava, ove postavke se postavljaju prema jednom ili više kriterija:

• Izvan dometa. U ovom slučaju postoje: gornja i donja vrijednost upozorenja te gornja i donja vrijednost alarma.

• Odstupanje od nominalne vrijednosti neke vrijednosti. Podijelite minimalna i najveća dopuštena odstupanja od zadane vrijednosti.

• Postavljanje najveće dopuštene brzine promjene vrijednosti procesnog parametra. Vrijednosti dopuštenih postavki raspona navedene su u apsolutnim jedinicama, a odstupanje od nominalne vrijednosti i brzina promjene mogu se odrediti i u apsolutnim jedinicama i kao postotak trenutne ili zadane vrijednosti.

S obzirom na to da za jedan tehnološki proces broj parametara za koje se postavljaju hitne i upozoravajuće zadane vrijednosti može biti velik, u SCADA sustavima moguće je kombinirati tehnološki kontrolirane parametre u grupe, kao i postaviti razinu prioriteta za bilo koji postavljena točka.

Glavni zadatak rezervni modul — pružanje mogućnosti prikaza grafikona tehnoloških parametara (Trendova) na ekranu monitora za relativno kratko vrijeme, kao i izrada jednostavnih izvještaja.Modul za arhiviranje vrijednosti SCADA sustava treba osigurati sljedeće funkcije:

• arhiviranje vrijednosti u lokalnoj bazi podataka s određenom učestalošću ili promjenom;

• prilikom arhiviranja vrijednosti nakon promjene — mogućnost postavljanja mrtve zone za arhiviranje;

• postaviti ograničenje veličine lokalne baze podataka;

• postavljanje vremena za pohranu vrijednosti;

• obavljati rutinsko održavanje za uklanjanje zastarjelih ili najranijih vrijednosti kada je vrijeme pohrane ili veličina baze podataka prekoračena u automatskom načinu rada;

• dostupnost sučelja za izgradnju grafikona arhivskih vrijednosti i njihov pregled;

• dostupnost sustava za izvoz vrijednosti parametara za navedeno razdoblje u obliku tablice vrijednosti.