Aplikacje Systemów Wbudowanych

Transkrypt

1 Aplikacje Systemów Wbudowanych Systemy i oprogramowanie SCADA Gdańsk, 2015

2 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

3 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

4 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

5 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

6 Systemy SCADA Operatorzy systemu zadają generalne parametry procesu lub prowadzą proces w trybie ręcznym. 6

7 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

8 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

9 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

10 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

11 11

12 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

13 13

14 Oddziaływanie na proces: sterowanie ręczne z konsoli, zmiana nastaw regulacji i wartości zadanych, włączanie i wyłączanie urządzeń. 14

15 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

16 16

17 Ponadto: sygnalizowanie przekroczenia granic ostrzeżeń i alarmów, realizacja dowolnych obliczeń technicznych i ekonomicznych, drukowanie raportów, protokołów, wykresów w postaci graficznej i alfanumerycznej. 17

18 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, sygnalizatorów itp. 18

19 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

20 W strukturze sprzętowej PRO-2000 wyróżniamy trzy poziomy: stacje operatorskie (dyspozytorskie, inżynierskie, oddalone), stacje przetwarzające (serwery), stacje obiektowe. 20

21 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

22 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

23 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

24 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

25 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 umożliwia stosowanie struktur nadmiarowych (redundancyjnych) na każdym poziomie systemu, co istotnie podnosi współczynnik niezawodności działania całego układu. 25

26 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

27 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

28 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

29 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

30 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

31 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

32 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