Основные подсистемы SCADA-пакетов
Эксплуатационные характеристики
К этой группе можно отнести:
- удобство интерфейса среды разработки (это качество обеспечивается применением Windows –подобных интерфейсов), полнота и наглядность представления функций системы на экране, удобство и информативность контекстных и оперативных подсказок, справочной системы;
- качество документации - полнота, ясность и наглядность описания
системы, применение установившейся терминологии, русификация,
уровень русификации (экраны, подсказки, справочная
система, системные сообщения, документация);
- полнота/недостаточность средств диагностики состояния системы при сбоях и отказах, нарушениях внешних связей; трудоемкость и
уровень автоматизации работ при инсталляции и конфигурировании
системы; возможности внесения изменений в систему без ее
остановки и т.д.
- положение программного продукта на рынке: дилерская сеть,
консультационная поддержка, наличие «горячей линии», обучение,
условия обновления версий (upgrade), количество инсталляций и т. д.
Опыт работы авторов на факультете повышения квалификации специалистов в области автоматизации показывает, что на местах специалисты часто испытывают трудности в освоении SCADA из-за отсутствия качественной документации на приобретенные программные продукты. Учитывая далеко не поголовное знание английского языка программистами и, тем более, технологами, подробная и качественная документация на русском языке просто необходима.
Эксплуатационные характеристики в значительной мере носят субъективный характер и не могут быть оценены количественно. О них можно судить только по результатам практического использования программного продукта: тестирования, апробирования, анализа, опыта промышленного внедрения. Косвенной характеристикой качества и отработанности крупнотиражного программного продукта служит его положение на рынке, поскольку большое число реализаций продукта свидетельствует о солидном опыте применений, учтенном при обновлениях продукта. Количество инсталляций SCADA-пакетов крупнейших производителей, таких как Wonderware и Intellution (GE Fanuc), перешагнуло уже за 200 тысяч.
Создание современной системы управления потребует от разработчика некоторого набора знаний применяемого в проекте SCADA-пакета. Что же надо знать о SCADA разработчику, приступая к созданию проекта?
Для реализации рассмотренных в разделе 2.1 базовых функций SCADA-системы разработчику потребуется, как минимум:
- организовать взаимодействие SCADA-пакета с аппаратными средствами автоматизации (контроллерами);
- создать графический интерфейс для диспетчера/оператора, т.е. отображение технологического процесса и значений параметров на динамизированных мнемосхемах;
- обеспечить оперативный персонал информацией о ситуациях, связанных с отклонением технологических параметров от заданных значений, о предаварийном состоянии оборудования и т.п.;
- настроить систему регистрации и архивирования данных и их представление на мониторе в виде трендов, что позволит оператору и специалистам проводить анализ состояния процесса и оборудования.
Можно перечислить еще ряд типовых задач, решаемых в процессе разработки системы управления (шаблоны отчетов, статистическая обработка данных, взаимодействие с РБД и др.). Более того, практически каждый производитель SCADA предлагает свои специализированные механизмы, направленные на повышение информативности операторского интерфейса, удобства работы с ним. Безусловно, все они не могут быть рассмотрены в рамках данного учебного пособия.
Для разработки качественного операторского интерфейса разработчику также необходимо владеть встроенным в SCADA-пакет языком программирования. С его помощью создаются так называемые сценарии (скрипты) – фрагменты программ, обеспечивающие оперативный персонал своевременной информацией и облегчающие управление процессом.
Таким образом, SCADA – это набор инструментов (подсистем) для решения перечисленных выше задач.
· Взаимодействие SCADA-пакетов с контроллерами
Сбор данных и управление предполагают перемещение информации между объектом и станцией оператора. Обязательным промежуточным звеном в этой цепочке является контроллер. Взаимодействие контроллера, как поставщика и приемника информации, со SCADA-системой обеспечивается драйверами (раздел 2.3). Какие драйверы поставляются с тем или иным SCADA-пакетом, как установить драйвер, какие диалоги при этом должны быть заполнены, какая информация потребуется разработчику, имеется ли инструментарий для разработки собственных драйверов? На эти и многие другие вопросы еще предстоит ответить.
Кроме этого, система управления включает, как правило, еще ряд компонентов: серверы данных, рабочие станции специалистов и т.п. Все компоненты системы управления объединены между собой промышленной (управляющей) сетью. Системы управления отдельными технологическими процессами (АСУТП) и другие подразделения предприятия объединены между собой в локальную вычислительную сеть (ЛВС). И здесь возникает еще целый ряд вопросов: какие популярные промышленные сети поддерживает SCADA-пакет, какие протоколы обмена с типовыми реляционными базами данных могут быть использованы?
· Графический интерфейс
Качество отображения информации на мнемосхемах определяется характеристиками графических возможностей пакетов. К ним можно отнести графический редактор, возможность создания объемных изображений, наличие библиотек и разнообразие графических заготовок и готовых объектов, богатство инструментария, многообразие динамических свойств элементов мнемосхем, форматы импортируемых изображений, наличие инструментария для создания растровых рисунков, наличие и возможности многооконных режимов и т. п.
При создании компонентов операторских интерфейсов (например, мнемосхем) разработчику приходится использовать графические объекты, представляющие собой технологические аппараты (колонны, емкости, теплообменники и т. д.), участки трубопровода и такие устройства, как клапаны, насосы, электродвигатели, контроллеры, компьютеры и т. д. Как правило, это сложные объекты, полученные объединением множества простых объектов или рисунки типа Bitmap.
Создание каждого из этих объектов требует большого времени и может значительно затянуть разработку проекта. Для ускорения работы над проектом практически все SCADA-пакеты предлагает разработчику библиотеки готовых объектов, включающие сотни и тысячи графических компонентов (рис. 2.13).
Теперь нет необходимости рисовать объект и терять драгоценное время, если подобный объект есть в библиотеке. Достаточно открыть библиотеку объектов щелчком по соответствующей иконке инструментария,выбрать раздел, затем - объект и вставлять его в любые окна разрабатываемого интерфейса. Операция вставки готового объекта занимает всего несколько секунд.
Рис. 2.13. Библиотека «Насосы» SCADA-пакета iFIX.
Часто при разработке графического интерфейса приходится создавать типовые группы объектов, предназначенные для решения конкретной задачи. Например, группа из трех объектов (кнопка «ПУСК», кнопка «СТОП» и индикатор состояния - лампочка зеленого/красного цвета) предназначена для пуска/останова насоса, электродвигателя, конвейера и т. д. с индикацией их состояния. Тогда каждый раз для решения этой задачи разработчику придется создавать эти три объекта и конфигурировать их (задавать динамические свойства). Но таких объектов в одном окне может оказаться несколько. Время специалиста в этом случае будет расходоваться неэффективно.
Для решения подобных задач SCADA-пакеты предлагают различные решения:
- готовые сложные объекты с заданным набором динамических свойств, хранящиеся в специальных библиотеках;
- инструментарий для их создания с возможностью сохранения в библиотеке для многократного использования.
Разработчику надо лишь выбрать требуемый объект из библиотеки, вставить его в графическую страницу и в появившийся на экране диалог ввести имя/имена переменной/переменных.
В SCADA-системах различных производителей набор динамических свойств объектов достаточно типизирован. В режиме исполнения при определенных условиях объекты интерфейса могут:
- перемещаться (горизонтально, вертикально);
- изменять размеры (по горизонтали, по вертикали);
- заполняться цветом (по горизонтали, по вертикали);
- быть ползунковыми регуляторами (горизонтального
или вертикального типа);
- появляться на экране и исчезать с него (видимость);
- мерцать;
- вращаться;
- изменять цвет.
Один и тот же объект может иметь набор различных динамических свойств. Комбинации этих свойств предоставляют возможность создавать на экране в режиме исполнения (Runtime) практически любые динамические эффекты, облегчая оператору/диспетчеру восприятие информации.
В целях унификации окон интерфейса оператора/диспетчера и сокращения сроков разработки проектов некоторые компании-производители SCADA снабжают свои пакеты программ шаблонами окон с возможностью их модификации и создания собственных шаблонов. Другие SCADA-системы предусматривают возможность импорта/экспорта окон из одних приложений в другие, что также существенно упрощает процесс разработки.
· Подсистема сигнализации
Возможности по предоставлению информации эксплуатационному персоналу об аварийных ситуациях и событиях обеспечиваются подсистемами сигнализации. Такие подсистемы - обязательный компонент любого SCADA-пакета, но механизмы их реализации различны.
В русском языке понятие «сигнализация» стоит рядом с понятием «тревога». Английским аналогом этих понятий является Alarm (аларм). В дальнейшем изложении материала по подсистемам сигнализации различных SCADA-пакетов авторами будет использоваться та терминология, которая одобрена их производителями при переводе документации на русский язык (iFIX – тревоги, InTouch – алармы).
Поддерживаемые типы алармов (тревог), приоритеты, возможности по фильтрации алармов (группировка), механизмы вывода информации об алармах, удобство конфигурирования системы алармов и т. п. - вот далеко не полный перечень характеристик подсистемы сигнализации.
Аларм (состояние тревоги) - это сообщение, формируемое системой управления и имеющее целью привлечь внимание оперативного персонала о возникновении ситуации, которая может привести к нарушению технологического процесса или более серьезным последствиям. Степень важности того или иного аварийного сообщения зависит от последствий, к которым может привести нарушение, вызвавшее данное аварийное сообщение. Наиболее важные аварийные сообщения могут потребовать вмешательства оперативного персонала. Поэтому для большинства аварийных сообщений, сформированных системой, требуется подтверждение (квитирование) их получения оператором/диспетчером.
Наряду с алармами в SCADA - системах существует понятие событий. Под событием следует понимать обычные статусные сообщения системы, не требующие подтверждения их получения и ответной реакции оператора. Обычно события генерируются при возникновении в системе определенных условий (регистрация оператора в системе, ввод информации оператором).
Причины, вызывающие состояние аларма, могут быть самыми разными:
- отказ аппаратных средств (датчиков, контроллеров, каналов связи);
- отказ технологического оборудования (насоса, электродвигателя и т. п.);
- выход параметров технологического процесса за заданные границы.
q Все SCADA - системы поддерживают алармы двух типов: дискретные и аналоговые.
Дискретныеалармы срабатывают при изменении состояния дискретной переменной (кран открыт/закрыт, насос включен/выключен). По умолчанию дискретный аларм может срабатывать при переходе на 1 (ON) или на 0 (OFF), в зависимости от конкретного SCADA - пакета.
Аналоговые алармыбазируются на анализе выхода значений переменной за указанные верхние и нижние пределы. Аналоговые алармы могут быть заданы в нескольких комбинациях (рис. 2.14):
- верхние пределы (предаварийный и аварийный);
-нижний пределы (предаварийный и аварийный);
-отклонение от заданного значения;
- скорость изменения параметра.
Рис. 2.14. Графическая интерпретация верхних предаварийного
и аварийного алармов.
Для выхода переменной из состояния аларма необходимо, чтобы ее значение стало меньше порогового на величину, называемую зоной нечувствительности. Аналогично можно интерпретировать нижние предаварийные и аварийные алармы.
Все вышеизложенное справедливо и для аларма типа «отклонение».Заданное значение в ходе технологического процесса может изменяться либо оператором, либо программно (автоматически). Аларм «сработает» при выходе значения переменной за границу допустимого отклонения.
Алармы, определяемые скоростью изменения параметра, возникают в случае, если она становится больше (меньше) предельно допустимой. Понятие «зона нечувствительности» к алармам этого типа не применяется.
q Важную роль в подсистеме алармов любого SCADA-пакета играют приоритеты. Приоритеты алармов могут быть использованы в различных целях: для определения способа вывода алармов (на принтер, в файл, в текущую сводку), для определения порядка их появления в окнах текущих алармов, для запуска скриптов, для определения действия, вызываемого срабатыванием аларма определенного приоритета (например, включение звукового сигнала) и т. п.
Как правило, важность приоритета уменьшается с увеличением его значения. Таким образом, приоритет с номером 1 - самый высокий. Например, если алармы с приоритетами от 1 до 10 должны выводиться на экран, то первыми будут выводиться алармы с приоритетом 1 в порядке их поступления, затем - алармы с приоритетом 2 и т. д. Количество значений (уровней) приоритетов в разных SCADA-пакетах различно (десятки и сотни).
q Подсистема алармов предусматривает возможность классификации алармов по самым различным признакам: по аппаратам технологического процесса, по типу алармов, имени, приоритету и т. д. В зависимости от этого каждый аларм может быть отнесен к определенной группе (зоне, категории). Подобная группировка – удобный способ фильтрации алармов и их обработки (подтверждение, способ вывода, формат, цвет и т. п.).
q Вывод информации об аварийных ситуациях реализуется различными способами. Ее можно выводить в специализированные окна операторского интерфейса в виде текущих и архивных сводок, записывать в файлы, распечатывать на принтерах, предназначенных для вывода аварийных сообщений.
Кроме того, эту аварийную информацию можно отображать непосредственно на мнемосхемах интерфейса оперативного персонала:
- вывод в специальные текстовые поля;
- динамизация объектов (изменение цвета, мерцание и т .п.).
Формат вывода (информация, включаемая в аварийное сообщение) определяется на стадии проектирования. В строку аварийного сообщения можно включить текущую время и дату, тип аларма, его приоритет, имя переменной, ее текущее значение, зону нечувствительности, размерность, а также группу алармов и его состояние (подтвержден/неподтвержден). Для дискретных алармов можно создать поле on (вкл.)/off (выкл.). Для алармов с метками времени в поле текущего времени можно выводить информацию с точностью до миллисекунд.
Пример объекта вывода аварийной информации приведен на рис. 2.15.
Рис. 2.15. Пример формата вывода информации об алармах.
· Подсистема регистрации, архивирования и отображения данных в