Veri toplama ve operasyonel kontrol sistemleri (SCADA sistemleri)

Denetleyici Kontrol ve Veri Toplama Sistemi veya SCADA sistemi terimi 1980'lerin sonunda ortaya çıktı. XX yüzyıl. kişisel bilgisayarları üzerlerinde yüklü grafik uygulamalarla operatör konsolları olarak kullanmaya yönelik ilk girişimlerle aynı anda.

İlk SCADA sistemleri, DOS veya Unix işletim sistemleri için geliştirildi ve hem donanımın donanım sınırlamaları hem de işletim sistemlerinin grafik yetenekleri nedeniyle oldukça mütevazı yeteneklere sahipti. SCADA sistemleri, Windows 3.11, X-Windows, Phantom gibi grafik arayüzlerin ve çoklu görev modlarında gerekli işlem yürütme hızına ulaşmanızı sağlayan donanımın ortaya çıkmasıyla aynı anda yaygınlaştı.

SCADA sistemlerinin üst düzey yazılım geliştirme araçları olarak ortaya çıkma nedeni, Borland Delphi gibi sistemlerin ve diğer görsel programlama sistemlerinin ortaya çıkış nedenlerine benzer.Ana görevleri, yazılım geliştiricilerini standart arabirimleri ve işlevleri tanımlamanın rutin ve aslında gereksiz yükünden kurtarmaktır. Aynı zamanda, SCADA sistemlerinin kullanılmasının, hayal etmeye çalıştıkları gibi, geliştiricinin yeterliliği için gereksinimlerde bir azalma anlamına gelmediği anlaşılmalıdır.

Sistemleri ayırt edin MMI (Man Machine Arayüzü) Ve SCADA, her ikisi de birbirinden bağımsız olarak başarılı bir şekilde geliştikçe, cihaz pazarında farklı nişleri işgal etti. HMI (İnsan Makine Arayüzü).

MMI sistemleri aslında bireysel cihazlar veya teknolojik kurulumlar için alfanümerik ekranlar ve klavyeler veya grafik, genellikle dokunmatik ekranlar ile donatılmış yerel kontrol panelleridir.

Çoğu durumda, MMI cihazı özel bir kontrolör kullanılarak gerçekleştirilir ve yazılım kısmı herhangi bir ek değişiklik veya değişiklik anlamına gelmez.

Aynı zamanda, SCADA sistemleri, standart kişisel bilgisayarların ve işletim sistemlerinin kullanımını içerir, çok sayıda yürütme cihazının ve teknolojik birimin dahil olduğu büyük teknolojik süreçlerin yönetim sürecini otomatikleştirmek için kullanılır ve aynı zamanda olasılığını destekler. dağıtılmış uygulamaları uygulamak (birden fazla operatör konsolu kullanarak) …

Kontrol sisteminin farklı seviyeleri için yazılım geliştirme araçları arasında genellikle bir ayrımın olmadığı uçtan uca programlama sistemlerinin varlığından dolayı MMI ve SCADA sistemleri arasında net bir çizgi çizmek imkansızdır.

SCADA sistemlerinin amacını ve işlevsel bileşimini açıklayan tek bir standardın olmaması ve "SCADA" teriminin yorumlarındaki farklılık, bu sınıftaki sistemlerin sınıflandırılmasını ve karşılaştırılmasını zorlaştırmaktadır.

Aşağıdaki ana SCADA sistemleri grupları ayırt edilebilir:

• Denetleyici üreticileri tarafından geliştirilen SCADA sistemleri;

• Bağımsız üreticiler tarafından geliştirilen SCADA sistemleri;

• SCADA sistemleri, uçtan uca programlama sistemlerinin bileşenleridir.

Denetleyici ekipmanı üreticisinin kendi SCADA sistemini geliştirmedeki görevi, son kullanıcıya o üreticinin denetleyicilerini kullanarak görselleştirme uygulamaları geliştirmek için bir araç sağlamaktır.

Bu tür sistemlerin aşağıdaki ana özellikleri ayırt edilebilir:

• bu sistemlerin arayüzü, kontrol ekipmanı için yazılım yazma araçlarının arayüzünü tekrarlar;

• SCADA sistem bileşenleri, belirli bir üreticinin kontrol ekipmanından alınan verilerle çalışacak şekilde optimize edilmiştir;

• Diğer üreticilerin ekipmanlarıyla veri alışverişi için arayüzler yetersiz uygulanmış veya kullanımı zordur.

Böyle bir sistemin klasik bir örneği, Siemens WinCC... Bu tür tescilli sistemlerin kullanılması, bir yandan yazılım geliştirme uzmanlarının eğitim maliyetini en aza indirir, ancak diğer yandan, sistemin hem geliştiricisini hem de son kullanıcısını belirli bir üreticiye ve hatta belirli bir üreticiye sıkı sıkıya bağlar. bir üreticiden ekipman hattı.

Ek olarak, bazı kontrol ekipmanı üreticileri, yazılım ürünlerine gerekli düzeyde destek ve bakım sağlamadan, pazarlama amacıyla kendi SCADA sistemlerini geliştirmek zorunda kaldılar.

Üçüncü taraf SCADA sistemleri, süreç görselleştirme ve kontrol uygulamaları oluşturmak için en esnek araçlardır. Avantajları, merkezi olmayan ve dağıtılmış kontrol sistemleri oluşturmak için çok sayıda işlevin desteklenmesinin yanı sıra rakip üreticiler de dahil olmak üzere farklı üreticilerin ekipmanlarını tek bir sisteme entegre etme becerisini içerir.

Yürütme ekipmanıyla veri alışverişi yapmak için bu tür sistemler, DDE veya OPC arayüzlerini uygulayan yazılım G / Ç sunucularını kullanır. Bu tür SCADA sistemlerinin yaygınlaşması ve otomasyon araç standartlarına uyma ihtiyacı, tüm denetleyici ekipmanı geliştiricilerinin kendi OPC veya DDE yazılım sunucuları, ekipmanla birlikte veya sipariş üzerine teslim edilir.

Uçtan uca programlama sistemi, kontrol sisteminin ayrılmaz bir parçası olarak operatör istasyonlarının geliştirilmesini içerdiğinden, her zaman SCADA sisteminin ayrı bileşenlerini içerir. Ancak tüm sistem bir bütün olarak çalıştığı için bu bileşenler uçtan uca programlama sisteminin diğer modüllerinin bileşenleri de olabilir veya saf haliyle SCADA sistemini bir yazılım ürününe ayırmak imkansız olabilir.

Bu tür sistemler, iki ana fark dikkate alındığında, kontrolör üreticileri tarafından geliştirilen SCADA sistemleri ile aynı avantaj ve dezavantajlara sahiptir:

• Uçtan uca programlama sistemlerinin ayrılmaz bir parçası olan SCADA sistemleri, diğer üreticilerin yazılım ve donanımlarıyla neredeyse hiçbir birlikte çalışabilirliğe sahip değildir;

• SCADA sisteminin bu tür uygulamalardaki rolü, bir grafik arayüzün geliştirilmesi ile sınırlıdır.

SCADA sistemlerinin bileşimi ve yapısı

SCADA sistemlerinin bileşimi ve yapısı

Tipik olarak, SCADA sistemleri iki ayrı yazılım ürünü grubundan oluşur: bir geliştirme ortamı ve bir yürütme ortamı.

Geliştirme ortamı teknolojik sürecin görselleştirilmesi için ortamın tasarlandığı ve yapılandırıldığı set olarak adlandırılır.

Çalışma sırasında çevre — bu, operatör kabinindeki teknolojik sürecin görselleştirilmesi için bir program projesi üzerinde çalışmak için gerekli olan bir dizi yazılım ürünüdür.

Ayrı olarak, geliştirici ve operatörün aynı projesiyle çalışırken geliştirme ortamı ile çalışma zamanı ortamı arasındaki etkileşim konusu da dikkate alınmalıdır:

1. Geliştirici tarafından yapılan değişiklikler hemen geçerli olur.

2. Çalışma zamanı, proje kaynak kodunda bulunan değişiklikleri yansıtır.

3. Değişiklikler, yeniden başlatma veya zorlama sırasında çalışma zamanında yansıtılır.

Birinci tür etkileşimin uygulanması, ürünün yeteneklerinin ticari sunumlarda oldukça açık ve etkili bir şekilde gösterilmesini mümkün kılar ve bu nedenle bazen nihai yazılım ürünlerinde uygulanır. Ancak, gerçek projelerle çalışırken, grafik arayüzün bir kısmının veya kontrollerin dinamik hareketinin eksik olması gibi potansiyel bir tehlike vardır. Bu bağlamda, ikinci ve üçüncü etkileşim türleri veya bunların kombinasyonları en yaygın olanlarıdır.

SCADA sisteminin aşağıdaki ana bölümleri ayırt edilebilir:

• etiket tabanı;

• grafik ekran modülü;

• komut dosyası işlemcisi;

• alarm ve uyarı sistemi;

• teknolojik süreç parametrelerinin arşivlenmesi için modül.

SCADA Sistem Etiketi Teknolojik bir süreç parametresinin değerini ve özelliklerini depolamak için bir nesnedir. Etiketler bazen yanlış bir şekilde "değişkenler" olarak adlandırılır. Aynı zamanda etiket kavramı, nesne yönelimli programlama dillerindeki sınıf tanımına en yakın kavramdır.

Grafik ekran modülü, projenin grafik arayüzünü uygular. Kural olarak, bir grafik arayüz, üzerlerine grafik öğeleri yerleştirilmiş bir dizi ekran formudur. Bir ekran oluşturma görevi, grafik öğelerini ekran şekillerine yerleştirmeye ve özelliklerini ayarlamaya indirgenmiştir.

Ekran formlarını çağırma, görüntüleme ve kapatma sürecinde, grafik nesnelerine tıklandığında, bireysel etiketlerin özelliklerini veya değerlerini değiştirirken, hesaplamalar veya eylemlerin gerçekleştirilmesi gerekir. komut dosyası motoru… Komut dosyalarına bazı sistemlerde "makrolar" veya "komut dosyaları" da denir.

Otomatikleştirilmiş operatör iş istasyonlarının grafik arayüzünü uygulayan çoğu SCADA sistem komut dosyası, grafik öğeler üzerinde fare tıklaması işleyicileridir.

Komut dosyaları için, farklı üreticilerin SCADA sistemleri bir veya daha fazla dil sunar. Denetleyici üreticileri tarafından veya uçtan uca programlama sistemlerinin bir parçası olarak geliştirilen sistemler, genellikle komut dosyası oluşturma ve yazma için aynı programlama dillerini sunar. denetleyici yazılımı… Üçüncü taraf SCADA sistemleri genellikle özel makro komut dosyası dilleri sunar.

Genel amaçlı programlama dillerini kullanmak, ek kitaplıklara ve API'lere erişerek karmaşık kullanıcı arabirimlerini ve standart olmayan verilerle çalışma yöntemlerini uygulamanıza olanak tanır.

Aynı zamanda, geliştirici, makro dillerin çalışıldığı gibi, SCADA sistemi bileşenleriyle çalışmak için işlev kitaplıklarını her durumda incelemelidir ve uygulanan kod potansiyel olarak tehlikeli olabilir veya üçüncü taraf işlevinden hatalar devralabilir. kütüphaneler

Alarm sistemi proses parametresinin izin verilen limitlerin dışındaki değerini operatöre bildirmek için tasarlanmıştır. Kural olarak, her teknolojik parametre için, bildirimin görüneceği 2 tür ayar yapılabilir: sırasıyla acil durum ve uyarı ayarları.

Sistemin yeteneklerine bağlı olarak, bu ayarlar bir veya daha fazla kritere göre yapılır:

• Menzil dışında. Bu durumda: üst ve alt uyarı değerleri ve üst ve alt alarm değerleri vardır.

• Bir değerin nominal değerinden sapma. Ayarlanan değerden izin verilen minimum ve maksimum sapmaları dağıtın.

• Proses parametresi değerinin izin verilen maksimum değişim hızının ayarlanması. İzin verilen aralık ayarlarının değerleri mutlak birimlerde belirtilir ve nominal ve değişim oranından sapma hem mutlak birimlerde hem de mevcut veya ayar noktası değerinin yüzdesi olarak belirtilebilir.

Bir teknolojik süreç için, acil durum ve uyarı ayar noktalarının ayarlandığı parametrelerin sayısı fazla olabileceğinden, SCADA sistemlerinde teknolojik olarak kontrol edilen parametreleri gruplar halinde birleştirmek ve herhangi biri için öncelik seviyesi belirlemek mümkündür. ayar noktası.

Ana görev yedekleme modülü - teknolojik parametrelerin (Trendler) grafiklerini nispeten kısa bir süre için monitör ekranında görüntüleme ve basit raporlar oluşturma yeteneği sağlamak SCADA sisteminin değerlerini arşivleme modülü aşağıdaki işlevleri sağlamalıdır:

• değerlerin yerel bir veritabanında belirli bir sıklıkta veya değişiklikle arşivlenmesi;

• değerleri değiştirdikten sonra arşivlerken — arşivleme için ölü bölge belirleme imkanı;

• yerel bir veritabanı boyutu sınırı belirleyin;

• değerlerin kaydedileceği zamanı ayarlamak;

• otomatik modda depolama süresi veya veritabanı boyutu aşıldığında eski veya en eski değerleri kaldırmak için rutin bakım gerçekleştirin;

• arşiv değerlerinin grafiklerini oluşturmak ve bunları görüntülemek için bir arayüzün mevcudiyeti;

• belirtilen süre için parametre değerlerini bir değerler tablosu şeklinde dışa aktarmak için bir sistemin mevcudiyeti.