что такое скада простыми словами

Я работаю в компании, которая занимается автоматизацией производственных процессов. Знаком не по наслышке с программируемыми логическими контроллерами (PLC), человеко-машинным интерфейсом (HMI) и SCADA (диспетчерское управление и сбор данных).

Далее я опишу то, что у меня получилось сделать. Исходный код проекта доступен по ссылке https://github.com/phmi/phmi.

Установка

Разработка проекта

Разработку проекта можно разделить на две фазы: конфигурирование сервера и разработку проекта клиента.

Конфигурирование сервера

Запустим PHmiConfigurator.exe. Появится следующее окно:

Нажмем на кнопку “New project”. Появится окно “New project”:

Введем параметры связи с PostgreSQL и желаемое название базы данных:

После нажатия на кнопку “Ok” новый проект будет создан:

Нажмем на кнопку “I/O devices”. В конфигураторе откроется вкладка “I/O devices”:

Добавим новое устройство ввода-вывода “IoDev” типа “Generic”. «Generic» — это устройство ввода вывода для отладочных целей. Либо оно используется, когда не нужно соединяться с реальным устройством. Оно поддерживает любые адреса тегов:

Нажмем на кнопку «Save» и закроем вкладку.
Откроем вкладку “Digital tags” и создадим новый цифровой тег.

Откроем вкладку “Numeric tags” и создадим новый аналоговый тег:

Поля описания, формата, единицы измерения, калибровочные границы необязательны и могут быть опущены.
Создадим новую категорию аварий:

Создадим новый тег аварий:

Создадим категорию трендов:

Создадим новый тег трендов:

Разработка проекта клиента

В конфигураторе нажмем на кнопку “Build client”:

Выберем путь к файлам, чтобы их создать.
«Namespace» должно совпадать с названием будущего проекта Visual Studio.
Нажмем на кнопку “Build”.
По указанному пути должны появиться файлы:

Запустим Microsoft Visual Studio и создадим новый проект WPF. Целевой фреймворк должен быть “.Net Framework 4.0” или выше:

Добавим ссылку к PHmiClient.dll:

Добавим файлы PHmi.cs и PHmiResources.resx, созданные заранее:

Кликнем двойным щелчком по PHmiResources.resx и поменяем “Access modifier” на Public:

Откроем MainWindow.xaml. Добавим кнотрол Root в корневой Grid.

Привяжем PHmi к DataContext Rootа. Для этого создадим новый объект PHmi в ресурсах окна.

Добавим папку «Pages» для страниц. Добавим туда UserControl под названием «HomePage».

Страницы должны реализовывать интерфейс IPage. Листинг HomePage.xaml.cs представлен ниже.

А вот разметка Xaml файла:

Мы добавили TextBlock для отображения значения тегов.
Привяжем тип домашней страницы к Root:

Запустим приложение и посмотрим, что получилось:

Значений тегов не видно. Это потому что не запущен PHmiRunner.exe. Нажмем кнопку “Run” в конфигураторе.

Теперь добавим на страницу элементы управления.

Если включить “Digital tag», возникнет авария.
Добавим на страницу тренд.

Задание языка окна

Для отображения строк в соответствии с региональными настройками (дата, время и прочее), необходимо изменить XmlLanguage в конструкторе окна:

Источник

Что такое Скада система и что собой представляет

SCADA-система – программно-аппаратный комплекс, предназначенный для контроля со стороны диспетчера и сбора данных. Терминология СКАДА видоизменялась со временем, совместно с развитием технологий автоматизации и управления. Например, SCADA системы восьмидесятых годов обозначали программно-аппаратные комплексы по сбору данный «здесь и сейчас», а в девяностые – уклон в формулировке пошел в сторону программ, в частности интерфейса автоматических систем управления техпроцессами.

Назначение и задачи SCADA-систем

Контроль и мониторинг многочисленных удаленных объектов – это главная задача Скада систем. Иногда, эти объекты могут быть удалены друг от друга на тысячи километров. В качестве основных потребителей Скада выступают электро-распредстанции, нефтепроводы, газопроводы, системы водоснабжения и так далее. Можно сказать, что Скада реализуют во всех хозяйственных отраслях, где необходимо автоматическое управление техпроцессами в режиме «real-time».

Диспетчер взаимодействует с программным обеспечением, установленным на ПК, а реализация связи с объектами, нуждающимися в контроле, осуществима через драйвер ввода-вывода или сопряженные с ними серверы. Программное обеспечение может использовать в своей структуре коды, сгенерированные в среде автоматизированного проектирования.

Разработка СКАДА ведется АСУ ТП в клиент-серверной или же в архитектуре распределенной.

Преимущества

Структура SCADA-систем

RTU имеет непосредственное подключение к объекту управления. То есть контроль или управление объектом реализовывается в real-time режиме. В качестве терминала может быть датчик с примитивным способом взаимодействия, или же процессорный, многопоточный, отказоустойчивый МПЦ, занимающийся обработкой данных и управлением в real-time режиме.

Особенности процесса управления в SCADA-системах

Защита SCADA-систем

Эксплуатируемые SCADA-системы создавались заточенными на конкретные задачи, не имеют высоких степеней защиты и уязвимы для кибератак.

Подобного рода системы, например, применяемые в энергетическом секторе, разрабатывались только для управления напряжением электроцепи. Больших способностей (по типу протоколов безопасности сети) в СКАДА нет.

Хотя большинство современных SCADA-систем могут работать с популярным сетевым протоколом TCP/IP, им ограждают выход в интернет (они соединяются от точки до точки через выделенные линии связи). Но это не значит, что защита от кибератак им обеспечена на 100%.

Делают это ограничение не для всех SCADA поголовно. Многое зависит от задач и применяемой структуры построения системы.

Примеры SCADA-систем

WebSCADA интерфейс системы, осуществляемый через Web-браузер, реализуется не часто, поскольку работа через веб противоречит модели безопасного ведения контроля и управления промышленного аппарата. Однако, ее можно применять во время настроек собственной безопасной сети, или с ограниченными опциями «только мониторинг» в сети Интернет.

Источник

Разработка SCADA систем: программирование АСУТП

Разработка SCADA систем: программирование АСУТП

Разработка SCADA систем

Содержание

Система диспетчерского контроля и сбора данных (Supervisory control and data acquisition – далее «SCADA») объединяет аппаратные и программные элементы управления для автоматизации производственных процессов. Системы SCADA собирают, обрабатывают и классифицируют важные параметры о производительности системы. Эти данные собираются и отображаются на панели управления (мониторе и т.п.), что позволяет оператору принимать точные и быстрые решения на основе данных полученных в реальном времени.

Основываясь на своих широких возможностях, системы SCADA могут быть разработаны и запрограммированы для объекта практически любой сложности, бюджета или отрасли. Это могут быть как крупные производственные и перерабатывающие заводы, так и небольшие системы, такие как светофоры или устройства для наблюдения за домом. В тех случаях, когда требуется контроль и управление данными, SCADA может помочь упростить процесс.

Почему SCADA

При правильной реализации внедрение SCADA-системы приводит к масштабным улучшениям и повышению эффективности процессов, требующих мониторинга. В обрабатывающей промышленности такие системы могут определять достигаются ли поставленные цели по объему выпуска продукта или цели по обеспечению его качества.

Если на одном участке производственного процесса случается отклонение от нормы, то оператор получает информацию о характере и местонахождении неполадки, что позволяет быстро принять необходимые меры для устранения неисправности. Некоторые системы могут выполнять основные задачи без вмешательства человека, при достижении определенных пороговых значений, что позволяет выполнять, например, аварийные отключения или другие аналогичные действия.

SCADA — это система для сбора и обработки данных от установленных промышленных датчиков и компонентов, позволяющая оператору принимать более обоснованные и оперативные решения.

Разработчик обязан рассматривать создание каждой SCADA-системы как часть более крупной промышленной системы управления для облегчения автоматизации на всех уровнях.

Компоненты системы SCADA

Системы SCADA базируются на пяти компонентах, которые в сочетании обеспечивают ее широкое применение в различных отраслях промышленности. Эти элементы работают совместно с датчиками для более глубокой автоматизации производственных процессов.

Архитектура системы

Как можно понять из вышеописанного, невозможно полностью понять программирование SCADA, рассматривая отдельные ее части. Архитектура системы расширяет представление о SCADA, описывая способ взаимодействия компонентов друг с другом и образуя интегрированную сеть управления.

Данные, обрабатываемые программным обеспечением SCADA, поступают автоматически с датчиков, или реже заносятся вручную. Эти данные могут включать в себя измерения температуры, давления, напряжения или другие важные параметры. После каждой записи RTU или PLC передает новую информацию на сервер. Он в свою очередь обрабатывает и отображает данные измененного процесса графически на HMI панели, чтобы оператор мог легко воспринять информацию и предпринять оперативные действия. В некоторых случаях сам RTU или PLC могут быть запрограммированы на выполнение простых действий управления на основе результата измерения. На практике архитектура SCADA может быть довольно сложной, охватывающей сотни или тысячи различных компонентов и различные протоколы связи.

SCADA Программирование

Распространенным заблуждением является то, что SCADA — это то же самое, что распределенная система управления (РСУ или Distributed Control System — DCS). Хотя есть некоторые совпадения, учитывая, что DCS также контролирует производственные процессы, тем не менее, общая настройка систем отличается.

Эта разница также проявляется в разных методах программирования. DCS обычно в большей степени опирается на простые логические элементы для формирования контуров управления. Программирование SCADA сложнее, но в то же время более гибкое. Логические элементы все еще могут играть роль на уровне RTU и PLC, но для программирования SCADA требуется использование специализированного программного обеспечения для управления и отображения входных данных.

Когда используется специальное программное обеспечение, оно обычно разрабатывается на C (C++, WinCC) или аналогичном языке программирования. Как только эта программная разработка передается Заказчику, ему остается только ввести уставки для RTU, PLC и HMI с использованием графических интерфейсов. При этом оператор может изменять и просматривать уставки или настраивать схемы и диаграммы без необходимости написания программного кода.

SCADA-безопасность

Еще один элемент SCADA-системы, к которому следует относиться серьезно — это кибербезопасность. Первоначально системы SCADA разрабатывались с учетом дополнительных взаимодействий с человеком для проверки показаний датчиков и управления контрольными точками. Теперь многие из этих задач были автоматизированы с использованием интернет-протоколов, что резко повышает вероятность отказов за счет повышенной уязвимости к кибератакам. Эти атаки могут иметь форму взлома или вредоносного ПО, предназначенного для нарушения работоспособности технологии.

Для защиты от этих рисков программисты обязаны следовать рекомендациям SCADA по безопасности системы на каждом этапе процесса разработки, а также рекомендуется отдать им на аутсортинг услугу по установке ПО непосредственно на объекте, предотвращая любую возможность вмешательства третьих лиц и предоставляя Заказчику возможность контролировать процесс установки и отладки.

Где используется SCADA

Ряд различных отраслей полагаются на программы SCADA для оптимизации своей повседневной деятельности. К ним, например, относятся:

Источник

SCADA: в поисках идеала

По моим наблюдениям, большинство толковых специалистов АСУ, работающих со SCADA, проходят несколько стадий «эмоционального роста»: освоение какой-либо SCADA, поиск чего-то лучшего, идеи и попытки написания своего варианта, выработка философского отношения к проблеме и использование одного из существующих продуктов.

Да, бывают исключения. Например, встречаются сильно увлеченные и упорные энтузиасты, которые создают что-то работающее, но картины они не меняют совершенно.

Попробуем разобраться, почему так происходит и может ли быть выход из этого порочного круга.
Примечание: дальнейшие рассуждения будут касаться преимущественно коммерческих продуктов, но во многом справедливы и для проектов с открытым кодом, о которых будет сказано отдельно.

В первом приближении процесс работы со SCADA-системой сводится к нескольким действиям: выбор параметров обмена данными с ПЛК, разработка мнемосхем в специальном редакторе, настройка логирования событий и состояний параметров. Для обеспечения сложного поведения графических элементов мнемосхем и несложных математических расчетов используется написание скриптов или вообще предполагается, что достаточно средств простейшей анимации, настраиваемой в редакторе.

Такой подход во многом себя оправдывает — легко обучиться, можно быстро реализовать несложные проекты. По большому счету, можно даже не иметь минимальных знаний о программировании для начала работы.

Сегодня существует довольно большое количество SCADA-систем, различающихся по своим возможностям, стоимости, удобству разработки и т.д. Казалось бы, выбирай подходящий вариант и начинай творить доброе, светлое, вечное… Но тут-то и выясняется, что все не так просто.

Теперь, получив представление о трудностях, попробуем сформулировать требования к идеальной SCADA и посмотрим, можно ли решить проблему, если слегка выйти за рамки традиционной парадигмы.

Когда я впервые познакомился с Qt, то был просто поражен внутренней логичностью и богатством этой библиотеки. Как только возникает задача сделать что-нибудь, очень часто выясняется, что это уже практически реализовано в Qt и надо просто адаптировать под свои нужды.

Когда задача правильно сформулирована, остается ее просто реализовать, что я и начал делать некоторое время назад. К текущему моменту удалось реализовать минимальный джентльменский набор компонентов.

Созданный набор можно условно поделить на несколько групп.

Конечно, предстоит пройти еще немалый путь, но уже сейчас просматривается несколько возможных направлений для применения, помимо собственно всех видов классических задач промышленной автоматизации:

Как-то незаметно для меня, мое хобби превратилось во что-то большее, вызывающее интерес у других людей. Появилась мысль превратить это творчество в стартап, но пока все упирается в недостаток людей, готовых разделить со мной эту работу. Если у Вас есть желание принять участие в развитии стартапа, встать у истоков новой компании или попробовать себя в роли сооснователя, напишите мне в личку.

Чуть больше информации можно найти на странице в Facebook.

Также буду очень благодарен за конструктивную критику и новые идеи.

Источник

Что такое SCADA системы

Наверняка многие слышали термин «автоматизированная система управления», АСК. Слова «автоматизированная система» говорят нам о том что в управлении принимает участие человек, в отличии от автоматической системы управления, где человек не участвует в процессе управления системой. Современные реалии таковы, что на данный момент нет возможности полностью заменить людской труд на машинный. Насколько умной не были бы наши производства, всё равно они требуют присмотра и контроля.

Именно поэтому при разработке АСК используют два уровня управления:

Нижний уровень

Непрерывное регулирование технологических параметров (температуры, давления, и т.д.) и программно-логическое управление разными механизмами (задвижками, клапанами, двигателями, конвейерами и т.д.). Сегодня базой нижнего уровня являются программируемые логические контроллеры ( Programmable Logical controller )

Верхний уровень АСУ

Супервизорный уровень, или SCADA

( Supervisory Control And Data Acquisition ), супервизорный контроль и сбор данных.

Так же его могут называть HMI ( Human-machine interface ), человеко-машинный интерфейс или HMI/SCADA.

Супервизорное управление состоит в идентификации ситуации на объекте и выдачи заданий на нижний уровень.

HMI/SCADA – промышленное программное обеспечение, которое реализует обмен данными с контроллером, а так же взаимодействие между лицом, принимающим решение и непосредственно системой управления.

SCADA-система должна обеспечивать следующие функции:

Немного подробнее о каждой из функций:

Человеко-машинный интерфейс (HMI)

Человеко-машинный интерфейс в SCADA-системах реализуется в виде мнемосхем. На мнемосхемах отображается основное оборудование, сигналы, состояние регулирующих органов и другие части системы. Мнемосхемы могут отражать как общую картину состояния системы, технологического процесса, так и состояние отдельных агрегатов, устройств, значения параметров и т. п. HMI система может иметь несколько десятков окон с мнемосхемами, трендами, алармами и т. д. Оператор может переключаться между ними и работать с тем или иным элементом технологического процесса, то есть с той или иной мнемосхемой. Мнемосхема – основной посредник при передаче информации от системы оператору или инженеру.

Качественно разработанная мнемосхема может сильно повлиять на эффективность работы производства. Грамотная визуализация производственного процесса уменьшает время, необходимое пользователю для реакции на события, происходящие в системе и позволяет получить инструмент для удобного и своевременное управления всей установкой, линией, цехом. Так же глядя на качественную мнемосхему даже незнакомый с производством человек сможет быстро понять и осознать суть происходящих в ней процессов. Таким образом можно с лёгкостью обучать новый персонал и снизить нагрузку на операторов технологических процессов.

Сбор и хранение данных

Одна из важнейших функций SCADA. Обмен данными осуществляется через полевую шину. Полевая шина состоит из интерфейса (аппаратная, физическая часть шины) и протокола (программная часть, логика обмена информацией). Таким образом компьютер с установленной SCADA должен иметь соответствующие порты и поддерживать протоколы обмена данных с помощью которых «общается» контроллер, установленный на нижнем уровне системы.

SCADA собирает данные со всех контроллеров и устройств нижнего уровня и хранит их в одном месте столько времени, сколько необходимо. Такой подход обеспечивает удобный доступ к информации о процессах в системе и возможность её дальнейшего анализа для улучшения эффективности работы производства в целом. Доступ к информации, которую собирает SCADA могут иметь только пользователи, которым такой доступ разрешен. То есть руководитель может видеть всю картину производства, а его подчинённые только то, что необходимо для выполнения их непосредственных обязанностей.

Отображение данных и оповещения

Функция, не менее важная чем Человеко-машинный интерфейс и сбор и хранение данных.

После того как мы собрали все данные в одном месте и сохранили их нам нужно научится выделять из данных непосредственно информацию. Одним из наиболее удобных для восприятия методов подачи информации являются тренды.

Помимо трендов, SCADA должна сообщать о важных событиях, которые происходят в системе: аварии, или предаварийные значения параметров, изменения задания необходимой величины параметров и т.д. Возможно, есть необходимость периодического напоминания о каком-то событии оператору. Для этого существует световая и звуковая сигнализация и возможность оповещения пользователей по смс, e-mail или другими необходимыми способами.

Ведение журнала событий

Как было упомянуто ранее, в системе происходят какие-то события. Это могут быть как непредвиденные аварийные ситуации, так и стандартные, обычные события (вход операторов в систему, изменение заданий и т.п.). Оператор обязан прореагировать на аварийные события согласно инструкции, которая так же может быть сразу же предоставлена SCADA-системой. Все события архивируются системой и в случае необходимости могут быть просмотрены и использованы во время анализа. SCADA- система ведёт учёт всех подобных действий и событий. В случае необходимости можно посмотреть, кто был на смене в тот или иной период времени, какие были совершены действия, когда и как долго длилась авария)

Эта функция системы позволяет увеличить производственную дисциплину и проанализировать эффективность работы персонала и самой системы.

Разграничение прав пользователей

SCADA система предусматривает ее использование несколькими пользователями с разными полномочиями.

Любой пользователь при входе в систему должен пройти авторизацию. Это помогает фиксировать время выхода на смену операторов и защищает систему от несанкционированного доступа.

Соответственно, каждый пользователь должен видеть только ту информацию, которая необходима ему для работы. Например, директору не интересно и не важно какая сейчас температура в котле или давление в конкретному участке трубопровода но его интересует конечный результат и анализ общей эффективности работы котла за последнюю неделю или месяц. А оператору нижнего уровня не нужно знать какой рецепт нового продукта придумали технологи из другого отдела чтобы поддерживать необходимую температуру в своём котле. В случае если всё-таки есть необходимость показывать всю информацию всем пользователям системы, то можно просто запретить персоналу нижнего уровня менять глобальные настройки системы, а оставить это право только руководству.

Все эти функции позволяют избежать неприятных последствий безграмотности либо неосторожности персонала.

Система отчётов

SCADA-система должна формировать отчёты в виде таблиц, графиков, диаграмм и т.д. Некоторые системы имеют встроенную систему отчётности, но зачастую для этого используется MS Excel. На этапе разработки системы пользователь сам может выбрать удобную для него форму предоставления отчётов по необходимым для него параметрам и в последствии получать всю информацию «в один клик». Данные в SCADA на 100% достоверны так как исключают человеческий фактор. Система отчётности позволяет выбирать только самую необходимую информацию и делать на основании неё правильные выводы касательно работы производства что в свою очередь приводит к оптимизации и улучшению эффективности работы.

Скрипты

При разработке SCADA-системы возникает необходимость расширения нестастандартных задач. Для создания пользовательских функций есть возможность написания скриптов.

Для написания пользовательских скриптов в SCADA-системах используются наиболее популярные языки программирования. Возможности таких языков практически безграничны поэтому и уровень задач, решаемых с помощью таких скриптов, может быть абсолютно разный. С помощью скриптов можно создавать уникальные решения для любых объектов управления либо систем. Таким образом базовый функционал системы можно расширять практически неограниченно в зависимости от потребностей заказчика. С использованием скриптов можно модернизировать уже существующую систему в случае необходимости.

Итак, для чего нужна SCADA система:

Для экономии денег и для увеличения эффективности работы.

Благодаря чему это достигается:

Источник