Aplikacje Systemów Wbudowanych

Aplikacje
Systemów
Wbudowanych
Systemy i oprogramowanie SCADA
Gdańsk, 2016
Systemy SCADA
SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition)
oznacza system nadzorujący przebieg procesu
technologicznego lub produkcyjnego. Jego główne
funkcje obejmują
zbieranie aktualnych danych (pomiarów),
ich wizualizację,
sterowanie procesem,
alarmowanie,
archiwizację danych.
2
Systemy SCADA
Pierwsze systemy SCADA
Systemy SCADA wywodzą się z systemów nadzoru
produkcji i instalacji w zakładach przemysłowych i
fabrykach.
Pierwotnie ograniczały się one do jednego panelu z
przyciskami, miernikami i diodami, które wskazywały
stan kontrolowanych urządzeń oraz zapisywały historię
na taśmach magnetycznych.
Sensory w urządzeniach były podłączane bezpośrednio
do mierników, przełączników czy też diod na panelu.
3
Systemy SCADA
Pierwsze systemy SCADA
Miały one wiele wad:
Wraz ze wzrostem liczby czujników, dodawania kolejnych
elementów wymagało coraz większych umiejętności
instalatorskich, a rekonfiguracja coraz większej ilością kabli i
czujników stawała się wręcz niemożliwa
Liczba danych archiwizowanych oraz zobrazowanych na panelu
była ograniczona do minimum
Ograniczone możliwości symulacji
Wymagały one ciągłej kontroli przez operatora
4
Systemy SCADA
W pierwszych latach istnienia systemów akwizycji
danych były one stosowane do kontrolowania produkcji i
zakładów przemysłowych.
Na ogół to sterowniki PLC połączone są bezpośrednio z
urządzeniami wykonawczymi (zawory, pompy, itp.) i
pomiarowymi (czujniki temperatury, poziomu itp.) i
zbierają aktualne dane z obiektu oraz wykonują
automatyczne algorytmy sterowania i regulacji.
Za pośrednictwem sterowników PLC dane trafiają do
systemu komputerowego i tam są archiwizowane oraz
przetwarzane na formę bardziej przyjazną dla
użytkownika.
5
Systemy SCADA
Operatorzy systemu zadają
generalne parametry procesu
lub prowadzą proces w trybie
ręcznym.
6
Oprogramowanie SCADA
W systemach SCADA równie ważne jest
oprogramowanie, które można podzielić na dwa typy:
otwarte i zamknięte.
Korporacje rozwijające oprogramowanie zamknięte
tworzą je jako jeden z interfejsów do produkowanego
przez nie sprzętu. Oprogramowanie to jest sprzedawane
zazwyczaj, jako całościowe rozwiązanie wraz z całą
infrastrukturą.
Otwarte systemy oprogramowania korzystają z
standardów komunikacyjnych wykorzystywanych w
automatyce przemysłowej. Umożliwiających wizualizację
urządzeń różnych firm, których urządzenia komunikują
się w danym standardzie. Dzięki temu systemy te w
łatwy sposób można rozbudować.
7
Oprogramowanie SCADA
Oprogramowanie przemysłowe umożliwiające
monitorowanie, zdalną kontrolę, raportowanie procesu
przemysłowego
Pierwsze programy oparte były na systemie DOS,
aktualnie pracują w środowisku Windows, lub Linux.
Oprogramowanie SCADA znalazło zastosowanie między
innymi w następujących dziedzinach przemysłu:
wydobywczym,
metalurgicznym,
petrochemicznym,
chemicznym,
papierniczym,
motoryzacyjnym,
farmaceutycznym,
spożywczym,
nuklearnym,
wodno-kanalizacyjnym,
energetycznym.
8
System SCADA PRO-2000
PRO-2000 należy do grupy nowoczesnych wykorzystujących najnowsze osiągnięcia techniki
cyfrowej - systemów SCADA.
Zapewnia obsługę nie tylko wszystkich typowych funkcji,
ale oferuje szereg narzędzi analitycznych, których
wykorzystanie może być nieocenione dla kadry
inżynierskiej nadzorującej procesy technologiczne.
PRO-2000 jest pakietem do przygotowania i realizacji
komputerowych systemów wizualizacji i monitorowania
procesów przemysłowych, linii technologicznych,
maszyn i urządzeń, a także nadzoru i sterowania w
oparciu o programowalne sterowniki i urządzenia
kontrolno-pomiarowe.
9
System SCADA PRO-2000
Przetwarzanie zmiennych procesowych:
odczytywanie i przetwarzanie pomiarów,
rozpoznawanie sytuacji awaryjnych,
badanie wiarygodności,
określanie stanu i rejestrowanie zdarzeń,
obliczanie wartości tendencji zmian dla punktów analogowych,
prognozowanie poborów 15 i 60 minutowych dla punktów
licznikowych,
obliczanie poboru dopuszczalnego według założonych limitów.
10
System SCADA PRO-2000
11
System SCADA PRO-2000
Obsługa i rejestracja zdarzeń z zachowaniem daty i
czasu ich wystąpienia, numeru punktu systemowego,
numeru kodu, parametru lub nazwy urządzenia:
tablice zdarzeń technologicznych,
alarmów,
ostrzeżeń,
usterek urządzeń (diagnostyka),
inne.
12
System SCADA PRO-2000
13
System SCADA PRO-2000
Oddziaływanie na proces:
sterowanie ręczne z konsoli,
zmiana nastaw regulacji i wartości zadanych,
włączanie i wyłączanie urządzeń.
14
System SCADA PRO-2000
Wizualizacja parametrów i danych w czasie
rzeczywistym:
obrazy synoptyczne,
obrazy zdarzeń,
wykresy zmian wartości,
obrazów pojedynczych punktów,
wizualizacja danych archiwalnych,
przegląd zdarzeń wg wybranego kryterium,
wykres wartości chwilowych dla punktów analogowych,
wykres wartości 15 minutowych dla punktów licznikowych,
wykres wartości godzinowych.
15
System SCADA PRO-2000
16
System SCADA PRO-2000
Ponadto:
sygnalizowanie przekroczenia granic ostrzeżeń i alarmów,
realizacja dowolnych obliczeń technicznych i ekonomicznych,
drukowanie raportów, protokołów, wykresów w postaci graficznej
i alfanumerycznej.
17
System SCADA PRO-2000
Aplikacje na bazie PRO-2000 charakteryzują się
następującymi cechami:
zapewniają wielozadaniową i wielodostępną pracę w czasie
rzeczywistym,
tworzą struktury przestrzennie rozproszone,
są otwarte na rozbudowę i modyfikację (możliwość modyfikacji
on-line),
są niezawodne w działaniu oraz przyjazne dla użytkownika,
prezentują potrzebne zdarzenia archiwalne, dane i parametry,
poprzez raportowanie,
posiadają bogate funkcje autotestowania,
wspomagają nadzór operatorów nad pracą urządzeń,
eliminują potrzebę instalowania tablic synoptycznych
i rejestratorów,
ograniczają potrzebę instalowania mierników, wskaźników,
18
sygnalizatorów itp.
System SCADA PRO-2000
Aplikacje na bazie PRO-2000 charakteryzują się
następującymi cechami:
są otwarte na integrację z istniejącą w zakładzie, dowolną siecią
komputerową oraz z pracującymi już urządzeniami automatyki,
dają duże możliwości w zakresie zbierania i przetwarzania
zmiennych procesowych, wizualizacji, rejestrowania oraz
archiwowania danych, z których można korzystać w wybranej
formie i w wybranym czasie (dni, godziny),
umożliwiają wymianę informacji z innymi systemami za
pośrednictwem protokołu TCP/IP, technologii DDE/NetDDE i
OLE,
pozwalają na dostęp do obiektu, z dowolnego miejsca na
świecie, poprzez sieć Internet,
realizują inne specjalizowane zadania wg potrzeb użytkowników.
19
System SCADA PRO-2000
W strukturze sprzętowej PRO-2000 wyróżniamy trzy
poziomy:
stacje operatorskie (dyspozytorskie,
inżynierskie, oddalone),
stacje przetwarzające (serwery),
stacje obiektowe.
20
System SCADA PRO-2000
Stacje operatorskie (dyspozytorskie, inżynierskie,
oddalone)
budowane w oparciu o komputery w
wersji przemysłowej lub PC. W małych
systemach stacja danych może pełnić
jednocześnie rolę stacji operatorskiej.
Dobór komputera oraz jego
wyposażenia wewnętrznego i
zewnętrznego dyktują względy
użytkowe.
21
System SCADA PRO-2000
Stacje przetwarzające (serwery)
komputer (najlepiej w wersji
przemysłowej), w którym następuje
kompletowanie i przetwarzanie
otrzymanych sygnałów pomiarowych
i stanów urządzeń. Wyniki tego
przetworzenia w postaci nastaw
regulacyjnych lub rozkazów sterowania
są zwrotnie odsyłane do układów
sterowania i regulacji. Stacja danych
archiwizuje informacje o procesie
i udostępnia je stacjom operatorskim.
22
System SCADA PRO-2000
Stacje obiektowe
urządzenia automatyki bezpośrednio
współpracujące z obiektem (sterowniki
PLC, regulatory, koncentratory
pomiarowe, urządzenia kontrolnopomiarowe, rejestratory, liczniki
ciepła, liczniki energii elektrycznej,
gazu, wody i inne), posiadające łącze
komunikacyjne i jawny protokół
wymiany informacji. Zadaniem stacji
obiektowych jest zebranie i przesłanie
zmiennych procesowych do stacji
danych.
23
System SCADA PRO-2000
Każda stacja przetwarzająca ma
wbudowane funkcje stacji
operatorskiej. Dla niewielkich
systemów może wystarczyć więc
jedno stanowisko komputerowe.
Stacje danych i stacje operatorskie
pracują w lokalnej sieci
komputerowej, która pozwala
na szybką wymianę informacji
pomiędzy nimi.
24
System SCADA PRO-2000
Główne zadania stacji operatorskich to:
współpraca ze stacjami danych,
wizualizacja nadzorowanego procesu (obrazy synoptyczne,
wykresy, punkty systemowe, grupy punktów, obrazy alarmowe),
generowanie raportów,
możliwość modyfikacji funkcji systemu w trybie "on-line",
prowadzenia kontroli i nadzoru procesów technologicznych oraz
zarządzanie nimi.
PRO - 2000 umożliwia stosowanie struktur
nadmiarowych (redundancyjnych) na każdym poziomie
systemu, co istotnie podnosi współczynnik
niezawodności działania całego układu.
25
System SCADA PRO-2000
W strukturze oprogramowania PRO-2000 wyróżniamy
trzy poziomy:
programy systemowe - jądro PRO-2000 oraz programy obsługi
stacji danych i stacji operatorskich,
programy komunikacyjne - drajwery komunikacyjne do urządzeń
automatyki różnych producentów,
programy narzędziowe do konstruowania aplikacji.
26
System SCADA PRO-2000
System SCADA PRO-2000 jest dostępny na dwóch
platformach:
QNX - system operacyjny z rodziny UNIX (zgodny z wymogami
standardu POSIX),
Microsoft Windows 2000/XP/Vista/Server.
Obie wersje systemu SCADA PRO-2000, dla platformy
QNX oraz MS Windows, są w pełni kompatybilne i mogą
wymieniać komplet informacji pomiędzy stacjami za
pośrednictwem sieci TCP/IP, a więc także przez Internet.
27
System SCADA PRO-2000
W zależności od istniejących warunków (odległości,
otoczenia, zakłóceń itp.) i rodzaju urządzeń obiektowych,
możliwe jest przesyłanie danych poprzez łącza:
kablowe (np. RS232, RS485, Ethernet, TTY),
światłowodowe,
telefoniczne (także poprzez telefonię komórkową - GPRS, SMS),
radiowe, sieć bezprzewodową WiFi,
satelitarne.
28
System SCADA PRO-2000
SCADA PRO-2000 posiada też możliwość pośredniego
komunikowania się z urządzeniami za pomocą takich
otwartych standardów komunikacyjnych jak:
OPC (OLE for Process Control) - przemysłowy standard
komunikacji z użyciem technologii Microsoft OLE,
DDE/NetDDE (Dynamic Data Exchange) ,
ODBC (Open Database Connectivity) - standard komunikacji z
relacyjnymi bazami SQL,
ActiveX.
Warunkiem jest dostarczenie oprogramowania zgodnego
z powyższymi standardami przez producenta sprzętu.
29
System SCADA PRO-2000
Uprawnienia można podzielić na następujące grupy:
uprawnienia do oglądania punktów systemowych,
uprawnienia do oglądania grup punktów,
uprawnienia do oglądania synoptyk,
uprawnienia do zmiany wartości punktów ręcznych i
wykonywania sterowań,
uprawnienia do wykonywania funkcji systemu,
uprawnienia do dostępu do stacji danych,
uprawnienia do akceptowania alarmów ze stacji danych.
Wszystkie działania podejmowane przez użytkowników
systemu, będą adekwatne do poziomu ich kompetencji i
wiedzy. Chroni to proces technologiczny jak i dane z
niego otrzymane przed zakłóceniem lub zniszczeniem.
30
System SCADA PRO-2000
SCADA PRO-2000 jako system otwarty umożliwia
współpracę i wymianę informacji z innymi systemami
informatycznymi, zarówno w trybie klient jak i serwer.
W tym celu dostarczane jest oprogramowanie
obsługujące następujące standardowe protokoły i
mechanizmy systemowe:
OPC (OLE for Process Control) - przemysłowy standard
komunikacji z użyciem technologii Microsoft OLE
DDE/NetDDE (Dynamic Data Exchange) - mechanizm ten daje
również dostęp do zapisanych na dysku danych archiwalnych i
może zostać użyty w celach raportowania w oparciu o dowolny
arkusz kalkulacyjny oferujący szerokie możliwości obliczeniowe,
np. Microsoft Excel lub Open Office
31
System SCADA PRO-2000
ODBC (Open Database Connectivity) - standard komunikacji z
relacyjnymi bazami SQL, wykorzystywany w celu intergracji i
analizy przetwarzanych danych pobieranych z wielu źródeł (np.
rozproszonych stacji PRO-2000)
ActiveX
Dodatkowo oferowany jest pakiet PRO INTERNET
pracujący w technologii ActiveX, umożliwiąjący
wizualizację procesów technologicznch w przeglądarce
internetowej.
32