0000z9_pscada

Nazwa przedmiotu
Pakiety SCADA
Kierunek studiów
Elektronika i Telekomunikacja
Jednostka prowadząca
Katedra Mikroelektroniki i Technik Informatycznych (K-25)
Kierownik i realizatorzy
mgr inŜ. Zbigniew Kulesza, dr inŜ. W. Tylman
Nazwa angielska
Poziom studiów
Kod
SCADA Systems
Liczba punktów
Magisterski
Formy zajęć
i liczba godzin
Semestr
w
ć
l
p
s
zimowy
1e
—
2
—
—
Liczba
punktów
Oczekiwane efekty
kształcenia
Student nabywa wiedzę z zakresu: elektroniczne systemy sterowania i nadzoru procesów
przemysłowych na przykładzie pakietów do nadzoru i sterowania oraz wizualizacji
procesów przemysłowych SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition): ich
budowa, sposób działania, zasady opisu i projektowania. Wprowadzenie do sieci
przemysłowych.
Wymagania wstępne
Systemy mikroprocesorowe (3230/1/2)
Program przedmiotu
Układy elektroniczne (3020/1/2)
Układy logiczne (3205)
WYKŁAD
I.
1.
2.
3.
II.
III.
1.
2.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Problematyka elektronicznego sterowania i nadzoru układów oraz procesów w
warunkach przemysłowych
Klasyfikacja układów sterowania
Praktyczne realizacje elektronicznych układów sterowania: sterowniki PLC,
komputery przemysłowe
Regulatory, teoria, sprzęŜenie zwrotne, dobór optymalnych nastaw regulatora
PID
Budowa i działanie pakietu SCADA na przykładzie pakietów iFIX firmy GE
Fanuc i Intellution, In Touch firmy Wonderware Corporation, Axeda Supervisor
firmy Axeda Systems, Inc., WinCC firmy Siemens
środowisko projektowe (Developer).
środowisko operatorskie (Runtime).
Cechy i elementy składowe pakietów SCADA
Architektura obiektowa (komponentowa) zgodna z COM/DCOM.
Funkcjonalność Serwera OPC i Klienta OPC na trzech poziomach (równieŜ
sieciowo poprzez DCOM). Obsługa OPC poprzez DCOM. Sieciowe połączenie
pomiędzy klientami OPC i serwerami OPC.
Architektura Klient/Serwer (lokalne wejścia/wyjścia oraz dostęp do
nieograniczonej liczby wejść/wyjść poprzez sieć). MoŜliwość pracy w trybie
monitorowania jak i sterowania.
Zaawansowany system ochrony dostępu.
Wbudowany i w pełni zintegrowany ze środowiskiem obiektowym standardowy
język Microsoft Visual Basic for Applications (VBA).
Obsługa podpisów elektronicznych i rejestracja dziennika produkcji (Audit
trail).
Wbudowane narzędzia do graficznej prezentacji i analizy informacji z
relacyjnych baz danych.
8.
9.
IV.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
V.
1.
2.
3.
VI.
VII.
1.
2.
3.
4.
relacyjnych baz danych.
Konfigurowane harmonogramy akcji wyzwalanych czasowo i zdarzeniowo.
Zgodności z Windows Server 2003, moŜliwość m.in. korzystania z technologii
Microsoft .NET
Narzędzia zwiększające efektywność projektowania i uŜytkowania aplikacji:
Administrator projektów, Walidator aplikacji, MenedŜer profili uŜytkowników,
Kreator tworzenia kopii zapasowych i odzyskiwania danych.
Administrator Projektów - zarządzanie wieloma projektami w jednym
środowisku projektowym.
MenedŜer profili uŜytkowników - autoryzacja uŜytkowników, dodawanie,
usuwanie i zarządzanie profilami uŜytkowników aplikacji oraz ich aplikacjami.
Walidator aplikacji - automatyczna weryfikacja integralności plików i katalogów
oprogramowania, raportowanie niezgodności i błędów, zaawansowane
zarządzanie wersjami i awaryjne przywracanie aplikacji.
Skalowanie grafiki dla urządzeń mobilnych - kreator rysunków, tworzenie
rysunków o rozmiarach i rozdzielczościach (w tym dla zastosowań mobilnych)
Technologia .NET - środowisko projektowe Microstoft Visual Studio .net.
Dostęp do procesowej bazy danych oraz danych historycznych.
Kreator tworzenia kopii zapasowych i odzyskiwania danych - archiwizacja i
odzyskiwanie całych projektów i pojedynczych plików.
Serwer Terminali - funkcje ułatwiające tworzenie i wykorzystywanie aplikacji
sieciowych w oparciu o Terminal Server.
Obsługa drukarek alarmowych - drukowanie alarmów i komunikatów na
drukarkach.
Przykładowe aplikacje z róŜnych branŜ przemysłu w zakresie sterowania,
wizualizacji, alarmowania, analizy danych, zaawansowanego raportowania,
ochrony dostępu z wykorzystaniem podpisów elektronicznych, tworzenia
szczegółowych dzienników produkcji
samodzielne tworzenie własnych aplikacji
moduły cyfrowych, analogowych wejść / wyjść, moduły specjalne, układy
licznikowe
przykładowe drivery komunikacyjne, m.in. uniwersalny Klient OPC, driver
protokołu Modbus RTU, protokołu Modbus TCP, drivery dla sterowników
Allen-Bradley, GE Fanuc, Siemens
Zaawansowane metody programowania sterowników przemysłowych - język C
Sieci przemysłowe jako narzędzie komunikacji - wymiany danych
Sieci przemysłowe - pojęcia podstawowe, sieci czasu rzeczywistego, sterowanie
rozproszone
Standardowe łącza szeregowe, PPI, MPI
Sieci lokalne - sieć Profibus, AS-I, CAN, Seriplex
Wymiana danych w sieci Ethernet
LABORATORIUM
I.
Programowanie sterowników przemysłowych PLC
konfigurowanie systemu SCADA
wprowadzenie do środowiska programowego i elementarna nauka jego obsługi,
protokół komunikacyjny DDE, obsługa ODBC
język skryptów
komunikacja ze sterownikami
generatory sygnałów
alarmy, definiowanie, prezentacja, obsługa, potwierdzanie, przeglądanie, zapis
oraz wydruk
8. technologia grup zmiennych
9. tworzenie, przeglądanie, konserwacja i zarządzanie bazą danych
10. narzędzia i metody tworzenia ekranów synoptycznych
11. wykresy czasowe w czasie rzeczywistym i prezentacja historii procesu na
wykresach
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
wykresach
12. animacje obiektów graficznych oraz tworzenie i korzystanie z bibliotek
gotowych obiektów, optymalizacja wyświetlania rysunków
13. wielopoziomowy system zabezpieczeń i ochrony danych
14. rozwiązania sieciowe
II.
Praktyczna realizacja systemu wymiany danych – prosta sieć komunikacyjna
III.
Projekt układu sterowania z wykorzystaniem sterowników przemysłowych
SIMATIC i PEP
1. Sterowanie ruchem na skrzyŜowaniu
2. Sterowanie automatycznym przejazdem kolejowym
3. Sterowanie układem pozycjonowania (silniki krokowe)
4. Sterowanie procesem chemicznym w zbiorniku z cieczą
Forma zaliczenia zajęć
Zaliczenie wykładu (60%) – zaliczenie pisemne składające się z 4 pytań teoretycznych i
2 problemów do samodzielnego rozwiązania
Zaliczenie laboratorium (40%) – ocena końcowa jest wystawiana na podstawie
wyników pracy, sprawozdania oraz kolokwium przeprowadzanego na koniec semestru
Literatura podstawowa
Jakuszewski R.: Programowanie systemów SCADA. WPK J. Skalmierskiego, Gliwice
2002
Legierski T., Wyrwał J.: Programowanie sterowników PLC. WPK J. Skalmierskiego,
Gliwice 1998
Literatura uzupełniająca
Król A., Moczko-Król J.: S5/S7 Windows Programowanie i symulacja sterowników
firmy Siemens. Wydawnictwo Nakom, Poznań 2000
Course name
SCADA Systems
Program
Electronics and Telecommunication
Unit running the
programme
Department of Microelectronics and Computer Science (K-25)
Course coordinator and
academic teachers
mgr inŜ. Zbigniew Kulesza, dr inŜ. W. Tylman
Language of instruction
Type of studies
Form of classes and
number of hours
Code
Polish
Credit points
Master of Science
Semester
Lec.
Tut.
Lab.
Proj.
Sem.
Winter
1e
—
2
—
—
Credit
points
Learning outcomes
Student acquires knowledge about: electronic systems of control and supervision of
industrial processes on the basis of SCADA systems. Their construction, operating
principle, principles of designing and scripting. Introduction to industrial networks
Prerequisites
Microprocessor systems (3230/1/2)
Electronic circuits (3020/1/2)
Logic circuits (3205)
Course description
LECTURE
I.
1.
2.
3.
II.
III.
1.
2.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Problems of electronic control and supervision of circuits and processes in
industrial environment
Classification of control devices
Examples of electronic control devices: PLC controllers, industrial computers
Regulators - theory, feedback, selection of optimal presets (parameters) of PID
regulator
Structure and operation principles of SCADA systems , based on GE Fanuc
iFIX, Wonderware Corporation InTouch. Axeda Systems Inc. Axeda Supervisor
and Siemens WinCC applications.
Developpment environment
Runtime environment
Elements and features of SCADA applications
COM/DCOM based component architecture
Three levels of functionality of the OPC server and the OPC client (including
networking through DCOM). OPC support through DCOM. Network
connections between OPC clients and servers.
Client – server architecture (local I/O and unlimited I/O through the network).
Control and supervision operation modes.
Advanced access restriction system.
Built-in and fully integrated with object-oriented environment Microsoft Visual
Basic for Applications (VBA) programming language
Support for electronic signatures and audit trail
Built-in tools for graphical presentation and analysis of data from relational
databases
Configurable schedules of time-triggered and event-triggered actions.
9.
IV.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
V.
8.
1.
2.
3.
VI.
VII.
1.
2.
3.
4.
Compatibility with Windows Server 2003, ability to utilize Microsoft. NET
technology
Tools enhancing application development and use: Project administrator,
Application validator, User profile manager, Backup and restore wizard
Project administrator – managing multiple projects in one project environment
User profile manager – user authentication, adding, removing and managing user
profiles and their applications
Application validator – automatic verification of file and directory integrity,
error reporting, version management and emergency recovery.
Scaling of graphical data for mobile devices – picture wizard, creating pictures
with various sizes and resolutions (including pictures for mobile applications)
.NET technology – Microsoft Visual Studio .NET development environment.
Access to the process database and historical data.
Backup and restore wizard – archiving and restoring of the whole projects and
single files
Terminal server – functions facilitating development and use of the network
applications
Support for alarm printers – printing alarms and messages on printers
Sample applications from various branches of industry, illustrating control,
visualization, alarming, data analysis, advanced reporting, access control using
electronic signatures and audit trails.
Building custom applications
Digital and analog I/O modules, special modules, counters.
Sample communication drivers: universal OPC client, Modbus RTU driver,
Modbus TCP driver, Allen-Bradley, GE Fanuc and Siemens controllers drivers.
Advanced programming of industrial controllers – C language
Industrial networks as communication resource
Industrial networks - basic topics, real time networks, distributed control
Standard serial interfaces, PPI, MPI
Local networks - Profibus, AS-I, CAN, Seriplex
Data exchange in Ethernet network
LABORATORY
I.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
II.
III.
13.
14.
1.
2.
3.
Programming of Programmable Logic Controllers (PLC)
SCADA system configuration
introduction to programming environment and basics of its use,
DDE communication protocol, ODBC usage
scripting language
communication with drivers
signal generators
alarms – defining, presenting, handling, acknowledgements, reviewing, writing
and printing
variable groups technology
creating, reviewing, maintenance and management of databases
tool and methods for creating synoptic screens
real-time time graphs and graphs presenting process history
graphic objects animation, creating and using libraries of ready-to-use objects,
optimization of figure display
multilevel systems of data security
networking solutions
Practical application of data exchange system – simple communication network
Project of control system using industry-standard SIMATIC and PEP controllers
Traffic control
Railway crossing control
Stepper motor control
4.
Form of assessment
Control of a chemical process in a vessel
Lecture assessment (60%) – written examination with 4 theoretical questions and 2
problem questions
Laboratory assessment (40%) – based on report, work progress and written assessment
at the end of semester
Basic reference materials Jakuszewski R.: Programowanie systemów SCADA. WPK J. Skalmierskiego, Gliwice
2002
Legierski T., Wyrwał J.: Programowanie sterowników PLC. WPK J. Skalmierskiego,
Gliwice 1998
Other reference
materials
Król A., Moczko-Król J.: S5/S7 Windows Programowanie i symulacja sterowników
firmy Siemens. Wydawnictwo Nakom, Poznań 2000