Nazwa przedmiotu Pakiety SCADA Kod Liczba punktów Nazwa angielska. SCADA Systems. Katedra Mikroelektroniki i Technik Informatycznych (K-25)

Transkrypt

1 Nazwa przedmiotu Pakiety SCADA Kod Liczba punktów Nazwa angielska SCADA Systems Kierunek studiów Poziom studiów Elektronika i Telekomunikacja Magisterski Jednostka prowadząca Katedra Mikroelektroniki i Technik Informatycznych (K-25) Kierownik i realizatorzy mgr inŝ. Zbigniew Kulesza, dr inŝ. W. Tylman Formy zajęć i liczba godzin Semestr w ć l p s Liczba punktów zimowy 1e 2 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. Problematyka elektronicznego sterowania i nadzoru układów oraz procesów w warunkach przemysłowych 1. Klasyfikacja układów sterowania 2. Praktyczne realizacje elektronicznych układów sterowania: sterowniki PLC, komputery przemysłowe 3. Regulatory, teoria, sprzęŝenie zwrotne, dobór optymalnych nastaw regulatora PID II. 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 1. środowisko projektowe (Developer). 2. środowisko operatorskie (Runtime). III. Cechy i elementy składowe pakietów SCADA 1. Architektura obiektowa (komponentowa) zgodna z COM/DCOM. 2. 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. 3. Architektura Klient/Serwer (lokalne wejścia/wyjścia oraz dostęp do nieograniczonej liczby wejść/wyjść poprzez sieć). MoŜliwość pracy w trybie monitorowania jak i sterowania. 4. Zaawansowany system ochrony dostępu. 5. Wbudowany i w pełni zintegrowany ze środowiskiem obiektowym standardowy język Microsoft Visual Basic for Applications (VBA). 6. Obsługa podpisów elektronicznych i rejestracja dziennika produkcji (Audit trail). 7. Wbudowane narzędzia do graficznej prezentacji i analizy informacji z relacyjnych baz danych.

2 relacyjnych baz danych. 8. Konfigurowane harmonogramy akcji wyzwalanych czasowo i zdarzeniowo. 9. Zgodności z Windows Server 2003, moŝliwość m.in. korzystania z technologii Microsoft.NET IV. Narzędzia zwiększające efektywność projektowania i uŝytkowania aplikacji: Administrator projektów, Walidator aplikacji, MenedŜer profili uŝytkowników, Kreator tworzenia kopii zapasowych i odzyskiwania danych. 1. Administrator Projektów - zarządzanie wieloma projektami w jednym środowisku projektowym. 2. MenedŜer profili uŝytkowników - autoryzacja uŝytkowników, dodawanie, usuwanie i zarządzanie profilami uŝytkowników aplikacji oraz ich aplikacjami. 3. Walidator aplikacji - automatyczna weryfikacja integralności plików i katalogów oprogramowania, raportowanie niezgodności i błędów, zaawansowane zarządzanie wersjami i awaryjne przywracanie aplikacji. 4. Skalowanie grafiki dla urządzeń mobilnych - kreator rysunków, tworzenie rysunków o rozmiarach i rozdzielczościach (w tym dla zastosowań mobilnych) 5. Technologia.NET - środowisko projektowe Microstoft Visual Studio.net. Dostęp do procesowej bazy danych oraz danych historycznych. 6. Kreator tworzenia kopii zapasowych i odzyskiwania danych - archiwizacja i odzyskiwanie całych projektów i pojedynczych plików. 7. Serwer Terminali - funkcje ułatwiające tworzenie i wykorzystywanie aplikacji sieciowych w oparciu o Terminal Server. 8. Obsługa drukarek alarmowych - drukowanie alarmów i komunikatów na drukarkach. V. 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 1. samodzielne tworzenie własnych aplikacji 2. moduły cyfrowych, analogowych wejść / wyjść, moduły specjalne, układy licznikowe 3. przykładowe drivery komunikacyjne, m.in. uniwersalny Klient OPC, driver protokołu Modbus RTU, protokołu Modbus TCP, drivery dla sterowników Allen-Bradley, GE Fanuc, Siemens VI. Zaawansowane metody programowania sterowników przemysłowych - język C VII. Sieci przemysłowe jako narzędzie komunikacji - wymiany danych 1. Sieci przemysłowe - pojęcia podstawowe, sieci czasu rzeczywistego, sterowanie rozproszone 2. Standardowe łącza szeregowe, PPI, MPI 3. Sieci lokalne - sieć Profibus, AS-I, CAN, Seriplex 4. Wymiana danych w sieci Ethernet LABORATORIUM I. Programowanie sterowników przemysłowych PLC 1. konfigurowanie systemu SCADA 2. wprowadzenie do środowiska programowego i elementarna nauka jego obsługi, 3. protokół komunikacyjny DDE, obsługa ODBC 4. język skryptów 5. komunikacja ze sterownikami 6. generatory sygnałów 7. 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

3 II. III. 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 Praktyczna realizacja systemu wymiany danych prosta sieć komunikacyjna 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 Król A., Moczko-Król J.: S5/S7 Windows Programowanie i symulacja sterowników firmy Siemens. Wydawnictwo Nakom, Poznań 2000 Literatura uzupełniająca

4 Course name SCADA Systems Code Credit points Language of instruction Polish Program Type of studies Electronics and Telecommunication Master of Science 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 Form of classes and number of hours Semester Lec. Tut. Lab. Proj. Sem. Credit points Winter 1e 2 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. Problems of electronic control and supervision of circuits and processes in industrial environment 1. Classification of control devices 2. Examples of electronic control devices: PLC controllers, industrial computers 3. Regulators - theory, feedback, selection of optimal presets (parameters) of PID regulator II. Structure and operation principles of SCADA systems, based on GE Fanuc ifix, Wonderware Corporation InTouch. Axeda Systems Inc. Axeda Supervisor and Siemens WinCC applications. 1. Developpment environment 2. Runtime environment III. Elements and features of SCADA applications 1. COM/DCOM based component architecture 2. 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. 3. Client server architecture (local I/O and unlimited I/O through the network). Control and supervision operation modes. 4. Advanced access restriction system. 5. Built-in and fully integrated with object-oriented environment Microsoft Visual Basic for Applications (VBA) programming language 6. Support for electronic signatures and audit trail 7. Built-in tools for graphical presentation and analysis of data from relational databases 8. Configurable schedules of time-triggered and event-triggered actions.

5 9. Compatibility with Windows Server 2003, ability to utilize Microsoft. NET technology IV. Tools enhancing application development and use: Project administrator, Application validator, User profile manager, Backup and restore wizard 1. Project administrator managing multiple projects in one project environment 2. User profile manager user authentication, adding, removing and managing user profiles and their applications 3. Application validator automatic verification of file and directory integrity, error reporting, version management and emergency recovery. 4. Scaling of graphical data for mobile devices picture wizard, creating pictures with various sizes and resolutions (including pictures for mobile applications) 5..NET technology Microsoft Visual Studio.NET development environment. Access to the process database and historical data. 6. Backup and restore wizard archiving and restoring of the whole projects and single files 7. Terminal server functions facilitating development and use of the network applications 8. Support for alarm printers printing alarms and messages on printers V. Sample applications from various branches of industry, illustrating control, visualization, alarming, data analysis, advanced reporting, access control using electronic signatures and audit trails. 1. Building custom applications 2. Digital and analog I/O modules, special modules, counters. 3. Sample communication drivers: universal OPC client, Modbus RTU driver, Modbus TCP driver, Allen-Bradley, GE Fanuc and Siemens controllers drivers. VI. Advanced programming of industrial controllers C language VII. Industrial networks as communication resource 1. Industrial networks - basic topics, real time networks, distributed control 2. Standard serial interfaces, PPI, MPI 3. Local networks - Profibus, AS-I, CAN, Seriplex 4. Data exchange in Ethernet network LABORATORY I. Programming of Programmable Logic Controllers (PLC) 1. SCADA system configuration 2. introduction to programming environment and basics of its use, 3. DDE communication protocol, ODBC usage 4. scripting language 5. communication with drivers 6. signal generators 7. alarms defining, presenting, handling, acknowledgements, reviewing, writing and printing 8. variable groups technology 9. creating, reviewing, maintenance and management of databases 10. tool and methods for creating synoptic screens 11. real-time time graphs and graphs presenting process history 12. graphic objects animation, creating and using libraries of ready-to-use objects, optimization of figure display 13. multilevel systems of data security 14. networking solutions II. Practical application of data exchange system simple communication network III. Project of control system using industry-standard SIMATIC and PEP controllers 1. Traffic control 2. Railway crossing control 3. Stepper motor control

6 4. Control of a chemical process in a vessel Form of assessment 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 Other reference materials Legierski T., Wyrwał J.: Programowanie sterowników PLC. WPK J. Skalmierskiego, Gliwice 1998 Król A., Moczko-Król J.: S5/S7 Windows Programowanie i symulacja sterowników firmy Siemens. Wydawnictwo Nakom, Poznań 2000