Softver za sustave upravljanja, dispečerske i automatizirane sustave upravljanja. Hardverski i programski kompleks za dispečersko upravljanje Hardverski softver za alate sustava dispečerskog upravljanja

Klasifikacija softvera sustava automatiziranog upravljanja. Kao što smo već spomenuli, u tipičnoj arhitekturi SCADA sustava jasno su vidljive dvije razine:

· razina lokalnog kontrolera , interakcija s objektom upravljanja putem senzora i pokretača;

· razina operativnog upravljanja tehnološki proces čije su glavne komponente poslužitelji, radne stanice operatera/dispečera i radne stanice stručnjaka.

Svaka od ovih razina radi pod kontrolom specijaliziranog softvera (softvera). Razvoj ovog softvera ili njegov izbor iz softvera koji se trenutno nudi na tržištu ovisi o mnogim čimbenicima, prvenstveno o zadacima koji se rješavaju na određenoj razini. razlikovati Osnovni, temeljni I primijeniti softver(Vidi sliku 5.1).

Slika 5.2 - Klasifikacija softvera sustava upravljanja.

Osnovni, temeljni Softver uključuje različite komponente, ali glavna je operacijski sustav(OS) softver i hardver za sustave upravljanja procesima. Svaka razina sustava upravljanja procesima predstavljena je “svojim” softverom i hardverom: na nižoj razini riječ je o kontrolerima, dok je glavno tehničko sredstvo gornje razine računalo. U skladu s tim, među stručnjacima se pojavila sljedeća klasifikacija: ugrađeni I radna površina softver.

Očito, zahtjevi za ugrađeni i stolni softver su različiti. Kontroler u sustavu upravljanja, uz funkcije prikupljanja informacija, rješava probleme automatskog kontinuiranog ili logičkog upravljanja. U tom smislu, podliježe strogim zahtjevima u pogledu vremena reakcije na stanje objekta i izdavanja upravljačkih radnji aktuatorima. Kontrolor mora Zagarantiran odgovoriti na promjene u stanju objekta za dano vrijeme.

Odabir softvera i hardvera operativnog sustava vrhunska razina Sustav upravljanja procesom određen je aplikacijskim zadatkom (OS uobičajena uporaba ili RTOS). Ali najpopularnije i najraširenije su različite verzije Windows OS-a. Opremljeni su vrhunskom programskom i hardverskom opremom automatiziranih sustava upravljanja procesima, a predstavljaju osobna računala (PC) različite snage i konfiguracije - radne stanice operatera/dispečera i specijalista, poslužitelji baza podataka (DB) itd.

Ovakva situacija nastala je kao rezultat niza razloga i trendova u razvoju suvremene informacijske i mikroprocesorske tehnologije.

Evo nekih od glavnih argumenata u korist Windowsa:

· Windows je vrlo raširen u svijetu, uključujući i Kazahstan, pa je lako pronaći stručnjaka koji bi mogao podržati sustave temeljene na ovom OS-u;

· ovaj OS ima mnogo aplikacija koje nude rješenja za razne probleme obrade i prezentiranja informacija;

· Windows OS i Windows aplikacije lako se uče i imaju standardno, intuitivno sučelje;

· aplikacije koje rade pod Windowsima podržavaju javno dostupne standarde razmjene podataka;

· sustavi temeljeni na Windows OS-u jednostavni su za rukovanje i razvoj, što ih čini ekonomičnim kako u smislu podrške tako i tijekom postupnog rasta;

Microsoft se razvija informacijska tehnologija(IT) za Windows velikom brzinom, što tvrtkama koje koriste ovu platformu omogućuje da "idu u korak s vremenom".

Također treba uzeti u obzir da je sastavni dio gornje razine automatiziranog sustava upravljanja procesima osoba čije je vrijeme reakcije na događaje nedeterminističko i često dosta dugo. A sam problem stvarnog vremena na višoj razini nije toliko relevantan.

Za rad upravljačkog sustava potrebna je druga vrsta softvera - aplikacijski softver(PPO). Postoje dva poznata načina za razvoj aplikacijskog softvera za upravljačke sustave:

· stvaranje vlastitog aplikacijskog softvera korištenjem tradicionalnih alata za programiranje ( standardni jezici programiranje, alati za otklanjanje pogrešaka itd.);

· korištenje postojećih (gotovih) alata za razvoj aplikativnog softvera.

· Softver za automatizirano upravljanje procesima više razine (SCADA paketi) dizajniran je za kreiranje aplikativnog softvera za nadzor i upravljanje panelima implementiranim na različitim računalnim platformama i specijaliziranim radnim stanicama. SCADA paketi omogućuju, uz minimalnu količinu programiranja u jednostavnim jezičnim alatima, razvoj multifunkcionalnog sučelja koje operateru/dispečeru pruža ne samo potpune informacije o tehnološki proces, ali i sposobnost da ga kontrolirate.

SCADA paketi su u svom razvoju prošli isti put kao i softver za programiranje kontrolera. U početnoj fazi (80-ih), tvrtke za razvoj hardvera stvorile su vlastite (zatvorene) SCADA sustave, sposobne za interakciju samo sa "njihovom" opremom. Od 90-ih godina pojavljuju se univerzalni (otvoreni) SCADA programi.

Koncept otvorenosti temeljan je kada se radi o softveru i hardveru za izgradnju sustava automatizacije na više razina. O tome će biti više riječi u nastavku.

Sada dalje rusko tržište Postoji nekoliko desetaka otvorenih SCADA paketa s gotovo identičnom funkcionalnošću. No, to uopće ne znači da se bilo koji od njih uz isti napor (vremenski i financijski) može uspješno prilagoditi pojedinom sustavu upravljanja, posebice kada je riječ o njegovoj modernizaciji. Svaki SCADA paket jedinstven je na svoj način, a njegov izbor za određeni sustav automatizacije, o kojemu se raspravlja na stranicama posebnih časopisa već gotovo deset godina, i dalje ostaje relevantan.

Ispod je popis najpopularnijih SCADA paketa u Rusiji i Kazahstanu.

· Trace Mode/Trace Mode (AdAstrA) - Rusija;

· InTouch (Wonderware) - SAD;

· FIX (Intellution) - SAD;

· Genesis (Iconics Co) - SAD;

· Factory Link (United States Data Co) - SAD;

· RealFlex (BJ Software Systems) - SAD;

· Sitex (Jade Software) - UK;

· Citect (CI Technology) - Australija;

· WinCC (Siemens) - Njemačka;

· RTWin (SWD Real Time Systems) - Rusija;

· SARGON (NVT - Automatizacija) - Rusija;

· MIK$Sys (MEPhI) - Rusija;

· Cimplicity (GE Fanuc) - SAD;

· RSView (Rockwell Automation) - SAD i mnogi drugi.

Redoslijed kojim su paketi predstavljeni na gornjem popisu prilično je nasumičan. Navodi se samo sama činjenica postojanja određenog sustava. Predlaže se poći od premise da SCADA paket postoji ako je pomoću njega već implementirano barem nekoliko desetaka projekata. Druga premisa je da ne postoji apsolutno najbolji SCADA sustav za sve primjene. SCADA je samo zgodan alat u rukama programera, a njegova prilagodba određenom sustavu automatizacije stvar je kvalifikacija i iskustva.

Osnovne funkcije SCADA sustava. Vrsta softvera SCADA namijenjen razvoju i radu automatizirani sustavi kontrola procesa. Razumno je postaviti pitanje: što je prvo – razvoj ili rad? A odgovor je u ovom slučaju jasan – primarno je učinkovito sučelje čovjek-stroj (HMI), usmjereno na korisnika, odnosno na operativno osoblje čija je uloga u upravljanju odlučujuća. SCADA je novi pristup problemima ljudskog faktora u sustavima upravljanja (odozgo prema dolje), fokusirajući se prvenstveno na osobu (operatera/dispečera), njene zadatke i funkcije koje obavlja.

Ovakav pristup omogućio nam je minimiziranje sudjelovanja operatera/dispečera u upravljanju procesima, ali im je ostavio pravo odlučivanja u posebnim situacijama.

Što je SCADA sustav dao programerima? Pojavom SCADA-e dobili su učinkovit alat za projektiranje sustava upravljanja, čije prednosti uključuju:

· visok stupanj automatizacije procesa razvoja sustava upravljanja;

· sudjelovanje u razvoju stručnjaka u području automatiziranih procesa (programiranje bez programiranja);

· stvarno smanjenje vremena, a time i financijskih troškova za razvoj sustava upravljanja.

Prije nego što govorimo o funkcionalnosti SCADA softvera, predlažemo da se osvrnemo na funkcionalne odgovornosti samih operatera/dispečera. Koje su to odgovornosti? Treba odmah napomenuti da se funkcionalne odgovornosti operatera/dispečera pojedinih tehnoloških procesa i proizvodnih pogona mogu značajno razlikovati, a sami pojmovi „operater” i „dispečer” daleko su od ekvivalenta. Ipak, pokazalo se da je među raznim odgovornostima moguće pronaći zajedničke svojstvene ovoj kategoriji radnika:

· registracija vrijednosti glavnih tehnoloških i samonosivih parametara;

· analiza dobivenih podataka i njihova usporedba s rasporedom dnevnih smjena i kalendarskim planovima;

· evidentiranje i evidentiranje uzroka poremećaja u tehnološkom procesu;

· vođenje dnevnika, izrada operativnih izvješća, izvješća i drugih dokumenata;

· davanje podataka o odvijanju tehnološkog procesa i stanju opreme višim službama i sl.

Prije je u kontrolnoj sobi (kontrolnoj sobi) bila upravljačka ploča (dakle kontrolna soba). Za instalacije i tehnološke procese s nekoliko stotina upravljačkih i regulacijskih parametara, duljina štita mogla je dosezati nekoliko desetaka metara, a broj uređaja na njima mogao se mjeriti u više desetaka, a ponekad i stotinama. Među tim instrumentima bili su pokazivači (vaga i kazaljka), te pisanje (osim vage i kazaljke, i papir za karte s perom), te signalizacija. U određeno vrijeme operater je, obilazeći razvodnu ploču, bilježio očitanja instrumenata u dnevnik. Ovako je problem riješen prikupljanje i registracija informacija.

Uređaji koji su opsluživali podesive parametre imali su uređaje za postavljanje zadatka regulatora i za prebacivanje s automatskog načina upravljanja na ručno (daljinsko) upravljanje. Ovdje su se uz instrumente nalazile brojne tipke, prekidači i prekidači za uključivanje i isključivanje različite tehnološke opreme. Tako su se problemi rješavali daljinski upravljač tehnološki parametri i oprema.

Iznad upravljačke ploče (obično na zidu) nalazila se mnemo shema tehnološkog procesa s prikazom tehnoloških uređaja, tokova materijala i brojnim alarmnim svjetiljkama zelene, žute i crvene (nužde) boje. Ove lampe su počele bljeskati kada se dogodila hitna situacija. U posebno opasnim situacijama bilo je moguće primijeniti zvučni signal(sirena) za brzo upozorenje cjelokupnog operativnog osoblja. Ovako se odnose problemi alarm kršenja tehnoloških propisa (odstupanja trenutnih vrijednosti tehnoloških parametara od navedenih vrijednosti, kvar opreme).

Pojavom računala u nadzornoj sobi/kontrolnoj sobi bilo je prirodno da se dio funkcija vezanih uz prikupljanje, registraciju, obradu i prikaz informacija, identifikaciju izvanrednih (izvanrednih) situacija, vođenje dokumentacije, izvješća prenese na računala. Čak iu vrijeme prvih upravljačkih računala s jednobojnim alfanumeričkim zaslonima, „pseudo-grafičke” slike već su stvorene na tim zaslonima zahvaljujući naporima entuzijastičnih programera - prototip moderna grafika. Već tada su sustavi omogućavali prikupljanje, obradu, prikaz informacija, unos naredbi i podataka od strane operatera, arhiviranje i bilježenje napredovanja procesa.

Napominjem da s pojavom suvremenih softverskih i hardverskih alata za automatizaciju, radne stanice operatera/dispečera koje rade na temelju SCADA softvera, upravljačkih ploča i zidnih mimičkih dijagrama nisu nepovratno potonule u zaborav. Tamo gdje to nalaže svrsishodnost, centrale i upravljačke ploče ostaju, ali postaju kompaktnije.

Pojava digitalnih računala, a zatim i osobnih računala uključila je programere u proces stvaranja operaterskog sučelja. Imaju dobre računalne vještine, poznaju programske jezike i sposobni su pisati složene programe. Da bi to učinio, programeru je potreban samo algoritam (formalizirana shema za rješavanje problema). Ali problem je u tome što programer, u pravilu, ne posjeduje tehnologiju i ne "razumije" tehnološki proces. Stoga je za razvoj algoritama bilo potrebno uključiti tehnologe, na primjer, inženjere automatizacije.

Izlaz iz ove situacije pronađen je u stvaranju metoda "programiranja bez stvarnog programiranja", dostupnih razumijevanju ne samo programera, već i inženjera procesa. Kao rezultat toga, bilo je programski paketi za stvaranje sučelja čovjek-stroj (Man/Humain Machine Interface, MMI/HMI). U inozemstvu je ovaj softver nazvan SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition - nadzorno/dispečersko upravljanje i prikupljanje podataka), jer je bio namijenjen razvoju i funkcionalnoj podršci radnih stanica operatera/dispečera u sustavima automatiziranog upravljanja procesima. A sredinom 90-ih, skraćenica SCADA pouzdano se pojavila u rječniku ruskih stručnjaka za automatizaciju.

Pokazalo se da se većina zadataka s kojima se suočavaju kreatori vrhunskog softvera za automatizirane sustave upravljanja procesima u raznim industrijama može lako objediniti, jer su funkcije operatera/otpremnika gotovo svake proizvodnje prilično unificirane i lako se formaliziraju.

Dakle, osnovni skup funkcija SCADA sustava unaprijed je određen ulogom ovog softvera u sustavima upravljanja (HMI) i implementiran je u gotovo svim paketima. Ovaj:

· prikupljanje informacija s uređaja niže razine (senzori, kontroleri);

· prijem i prijenos naredbi operatera/dispečera do kontrolera i aktuatora (daljinsko upravljanje objektima);

· mrežna interakcija s informacijskim sustavom poduzeća (s uslugama više razine);

· prikaz parametara procesa i stanja opreme pomoću mnemotehničkih dijagrama, tablica, grafikona itd. u obliku koji je lako razumjeti;

· obavješćivanje operativnog osoblja o izvanrednim situacijama i događajima vezanim uz kontrolirani tehnološki proces i funkcioniranje programske i hardverske opreme automatiziranih sustava upravljanja procesima uz snimanje postupanja osoblja u izvanrednim situacijama.

· pohranjivanje primljenih informacija u arhivu;

· prikaz tekućih i akumuliranih (arhiviranih) podataka u obliku grafikona (trendova);

· sekundarna obrada informacija;

· generiranje sažetaka i drugih izvještajnih dokumenata korištenjem predložaka stvorenih u fazi projektiranja.

Postoji nekoliko temeljnih zahtjeva za sučelje kreirano na temelju SCADA softvera:

· trebao bi biti intuitivan i prikladan za operatera/dispečera;

· jedna pogreška operatera ne bi trebala uzrokovati izdavanje lažne kontrolne naredbe objektu.

SCADA Supervisory Control And Acquisition je glavna i trenutno ostaje najperspektivnija metoda automatizirane kontrole složenih dinamičkih sustava (procesa) u vitalnim i kritičnim područjima sa stajališta sigurnosti i pouzdanosti. Upravo na principima dispečerskog upravljanja grade se veliki automatizirani sustavi u industriji i energetici, prometu, svemiru i vojnim područjima te u raznim državnim ustanovama.

Tijekom proteklih 10-15 godina u inozemstvu je naglo porastao interes za probleme izgradnje visoko učinkovitih i visoko pouzdanih sustava dispečerske kontrole i prikupljanja podataka. S jedne strane, to je zbog značajnog napretka u području računalne tehnologije, softvera i telekomunikacija, čime se povećavaju mogućnosti i proširuje područje primjene automatiziranih sustava. S druge strane, razvoj informacijske tehnologije, povećanje stupnja automatizacije i preraspodjela funkcija između osobe i opreme pogoršali su problem interakcije između čovjeka operatera i upravljačkog sustava. Istraživanje i analiza većine nesreća i incidenata u zrakoplovstvu, kopnenom i vodenom prometu, industriji i energetici, od kojih su neke dovele do katastrofalnih posljedica, pokazalo je da je ljudska pogreška 60-ih godina bila izvorni uzrok samo 20% incidenata (80 %, prema tome zbog tehnoloških kvarova i kvarova), zatim je 90-ih godina udio ljudskog čimbenika porastao na 80%, a zbog stalnog usavršavanja tehnologije i povećanja pouzdanosti elektroničke opreme i strojeva, taj udio bi se mogao povećati.

Glavni razlog takvim trendovima je stari tradicionalni pristup izgradnji složenih automatiziranih sustava upravljanja, koji se danas često koristi: usmjerenost prvenstveno na korištenje najnovijih tehničkih (tehnoloških) dostignuća, želja za povećanjem stupnja automatizacije i funkcionalnost sustava i, u isto vrijeme, podcjenjujući potrebu za izgradnjom učinkovitog sučelja čovjek-stroj (HMI Human-Machine Interface), tj. korisničko (operatorsko) orijentirano sučelje. Nije slučajno da je upravo zadnjih 15 godina, tj. Razdoblje pojave snažnih, kompaktnih i jeftinih računalnih alata označilo je vrhunac istraživanja u Sjedinjenim Američkim Državama o problemima ljudskog faktora u sustavima upravljanja, uključujući optimizaciju arhitekture i HMI sučelja nadzorno-upravljačkih sustava i sustava za prikupljanje podataka.

Proučavanje materijala o problemima izgradnje učinkovitih i pouzdanih sustava dispečerskog upravljanja pokazalo je potrebu korištenja novog pristupa pri razvoju takvih sustava: dizajn usmjeren na čovjeka (ili top-down, top-down), tj. fokusirajući se primarno na čovjeka operatera (dispečera) i njegove zadatke, umjesto tradicionalnog i široko korištenog hardverski usmjerenog (ili bottom-up, bottom-up), u kojem se pri izgradnji sustava glavna pozornost pridavala odabiru te razvoj tehničkih sredstava (opreme i softvera). Korištenje novog pristupa u stvarnom razvoju svemira i zrakoplovstva te usporedni testovi sustava u Nacionalnoj upravi za zrakoplovstvo i svemir (NASA), SAD, potvrdili su njegovu učinkovitost, omogućujući povećanje produktivnosti operatera, smanjenje proceduralnih pogrešaka za red veličine a kritične (neispravljive) pogreške svesti na nulu.pogreške operatera.

Definicija i opća struktura SCADA-e

SCADA je proces prikupljanja informacija u stvarnom vremenu s udaljenih točaka (objekata) za obradu, analizu i moguće upravljanje udaljenim objektima. Zahtjev za obradom u realnom vremenu proizlazi iz potrebe dostave (izdavanja) svih potrebnih događaja (poruka) i podataka do središnjeg sučelja operatera (dispečera). U isto vrijeme, koncept stvarnog vremena se razlikuje za različite SCADA sustave.

Prototip modernih SCADA sustava u ranim fazama razvoja automatiziranih sustava upravljanja bili su telemetrijski i alarmni sustavi.

Svi moderni SCADA sustavi uključuju tri glavne strukturne komponente:

Udaljena terminalna jedinica (RTU) udaljeni terminal koji obrađuje zadatak (kontrolu) u stvarnom vremenu. Raspon njegovih implementacija je širok od primitivnih senzora koji prikupljaju informacije od objekta do specijaliziranih višeprocesorskih računalnih sustava otpornih na pogreške koji obrađuju informacije i upravljaju u stvarnom vremenu. Njegova specifična implementacija određena je specifičnom primjenom. Korištenje uređaja za obradu informacija niske razine omogućuje smanjenje zahtjeva za propusnost komunikacijskih kanala sa središnjim kontrolnim centrom.

Glavna terminalna jedinica (MTU), glavna stanica (MS) kontrolni centar (glavni terminal); provodi obradu i upravljanje podacima visoka razina, u pravilu, u mekom (kvazi) stvarnom vremenu; Jedna od glavnih funkcija je osigurati sučelje između ljudskog operatera i sustava (HMI, MMI). Ovisno o specifičnom sustavu, MTU se može implementirati u raznim oblicima, od jednog računala s dodatnim uređajima koji se povezuju na komunikacijske kanale do velikih računalnih sustava (mainframe) i/ili integriranih u lokalna mreža radne stanice i poslužitelji. U pravilu se pri izgradnji MTU koriste različite metode za povećanje pouzdanosti i sigurnosti sustava.

Komunikacijski sustav (CS) potreban je komunikacijski sustav (komunikacijski kanali) za prijenos podataka s udaljenih točaka (objekata, terminala) do središnjeg sučelja operatera-dispečera i prijenos upravljačkih signala do RTU (ili udaljenog objekta, ovisno o specifičnom dizajnu sustava) ).

Funkcionalna struktura SCADA

Postoje dvije vrste daljinskog upravljanja objektima u SCADA-i:

automatski,
iniciran od strane operatora sustava.

Postoje četiri glavne funkcionalne komponente sustava nadzornog upravljanja i prikupljanja podataka:

ljudski operater,
ljudska interakcija s računalom,
interakcija računala sa zadatkom (objektom),
zadatak (kontrolni objekt).

Funkcije čovjeka operatera u sustavu nadzorne kontrole, kao skup ugniježđenih petlji u kojima operater:

planira koje sljedeće korake treba poduzeti;
podučava (programira) računalni sustav za naknadne radnje;
prati rezultate (polu)automatskog rada sustava;
intervenira u proces u slučaju kritičnih događaja kada se automatika ne može nositi, ili ako je potrebno prilagoditi (podešavati) procesne parametre;
uči uz rad (stječe iskustvo).

Ovakav prikaz SCADA-e bio je osnova za razvoj suvremenih metodologija za izgradnju učinkovitih dispečerskih sustava.

Značajke SCADA-e kao procesa upravljanja

Značajke procesa upravljanja u modernim dispečerskim sustavima:

SCADA proces se koristi u sustavima u kojima je potrebna prisutnost osobe (operater, dispečer);
SCADA proces razvijen je za sustave u kojima svaki pogrešan utjecaj može dovesti do kvara (gubitka) upravljačkog objekta ili čak katastrofalnih posljedica;
operater općenito ima ukupnu odgovornost za kontrolu sustava, koji, u normalnim uvjetima, samo povremeno zahtijeva podešavanje parametara kako bi se postigla optimalna izvedba;
aktivno sudjelovanje operatera u procesu upravljanja događa se rijetko iu nepredvidivim vremenima, obično u slučaju kritičnih događaja (kvarovi, hitne situacije, itd.);
radnje operatera u kritičnim situacijama mogu biti strogo vremenski ograničene (nekoliko minuta ili čak sekundi).

Osnovni zahtjevi za sustave dispečerskog upravljanja

Sljedeći osnovni zahtjevi vrijede za SCADA sustave:

pouzdanost sustava (tehnološka i funkcionalna);
sigurnost upravljanja;
točnost obrade i prikaza podataka;
jednostavnost proširenja sustava.

Sigurnosni i pouzdani zahtjevi za kontrolu u SCADA uključuju sljedeće:

nijedan pojedinačni kvar opreme ne bi trebao uzrokovati izdavanje lažne izlazne radnje (naredbe) objektu upravljanja;
niti jedna pogreška operatora ne bi trebala uzrokovati izdavanje lažne izlazne radnje (naredbe) objektu upravljanja;
sve kontrolne operacije moraju biti intuitivne i prikladne za operatera (dispečera).

Područja primjene SCADA sustava

Glavna područja primjene sustava dispečerske kontrole (prema stranim izvorima) su:

upravljanje prijenosom i distribucijom električne energije;
industrijska proizvodnja;
proizvodnja električne energije;
zahvat, obrada i distribucija vode;
proizvodnja, transport i distribucija nafte i plina;
upravljanje svemirskim objektima;
upravljanje prometom (sve vrste prometa: zračni, metro, željeznički, cestovni, vodeni);
telekomunikacija;
vojno područje.

Trenutno u razvijenim stranim zemljama postoji pravi porast uvođenja novih i modernizacije postojećih automatiziranih sustava upravljanja u različitim sektorima gospodarstva; U velikoj većini slučajeva ti su sustavi izgrađeni na principu nadzorne kontrole i prikupljanja podataka. Karakteristično je da se u industrijskoj sferi (u prerađivačkoj i rudarskoj industriji, energetici itd.) najčešće spominje modernizacija postojećih proizvodnih pogona SCADA sustavima nove generacije. Učinak implementacije novi sustav upravljanje se izračunava, ovisno o vrsti poduzeća, od stotina tisuća do milijuna dolara godišnje; na primjer, za jednu prosječnu toplinsku stanicu to je, prema procjenama stručnjaka, od 200.000 do 400.000 dolara. Velika pozornost posvećuje se modernizaciji proizvodnih pogona koji predstavljaju opasnost za okoliš okoliš(kemijska i nuklearna poduzeća), kao i onih koji imaju ključnu ulogu u održavanju života naseljenih područja (vodovod, kanalizacija itd.). Od ranih 90-ih godina prošlog stoljeća u Sjedinjenim Američkim Državama započela su intenzivna istraživanja i razvoj na području stvaranja automatiziranih sustava upravljanja zemaljskim (voznim) prometom ATMS (Advanced Traffic Management System).

Trendovi razvoja tehničkih sredstava sustava dispečerskog upravljanja

Opći trendovi

Napredak u području informacijske tehnologije doveo je do razvoja sve 3 glavne strukturne komponente sustava dispečerskog upravljanja i prikupljanja podataka RTU, MTU, CS, čime su značajno povećane njihove mogućnosti; Dakle, broj kontroliranih udaljenih točaka u modernom SCADA sustavu može doseći 100.000.
Glavni trend u razvoju tehničkih sredstava (hardvera i softvera) SCADA je migracija prema potpunom otvoreni sustavi. Otvorena arhitektura omogućuje vam da neovisno odaberete različite komponente sustava od različitih proizvođača; kao rezultat, povećana funkcionalnost, lakše održavanje i smanjena cijena SCADA sustava.

Udaljene terminalne jedinice (RTU)

Glavni trend u razvoju udaljenih terminala je povećanje brzine obrade i povećanje njihovih intelektualnih mogućnosti. Suvremeni terminali izgrađeni su na bazi mikroprocesorske tehnologije, rade pod kontrolom operativnih sustava u stvarnom vremenu, po potrebi se povezuju u mrežu, te izravno ili mrežno komuniciraju s inteligentnim elektroničkim senzorima nadziranog objekta i nad- razina računala.
Konkretna RTU implementacija ovisi o aplikaciji. To mogu biti specijalizirana (on-board) računala, uključujući višeprocesorske sustave, obična mikroračunala ili osobna računala (PC); za industrijske i transportne sustave postoje dva konkurentska pravca u RTU tehnologiji: industrijska (industrijska) osobna računala i programabilni logički kontroleri (u ruskom prijevodu često se koristi izraz industrijski kontroleri) PLC.

Industrijska računala Oni su u pravilu softverski kompatibilni s konvencionalnim komercijalnim PC strojevima, ali prilagođeni teškim uvjetima rada, doslovno za ugradnju u proizvodnju, radionice, plinske kompresorske stanice itd. Prilagodba se ne odnosi samo na oblikovati, ali i na arhitekturu i sklopove, budući da promjene u temperaturi okoline dovode do pomaka električni parametri. Kao uređaji sučelja s objektom upravljanja, ovi sustavi su opremljeni dodatne naknade(adapteri) proširenja, kojih na tržištu postoji veliki izbor od raznih proizvođača (kao i samih dobavljača industrijskih računala). Windows NT se sve više koristi kao operativni sustav u industrijskim računalima koja rade kao udaljeni terminali, uključujući razna proširenja u stvarnom vremenu posebno razvijena za ovaj operativni sustav (pogledajte dolje za više detalja).

Industrijski upravljači (PLC) su specijalizirani računalni uređaji namijenjeni upravljanju procesima (objektima) u stvarnom vremenu. Industrijski kontroleri imaju računalnu jezgru i ulazno/izlazne module koji primaju informacije (signale) od senzora, prekidača, pretvarača, drugih uređaja i kontrolera, te upravljaju procesom ili objektom izdavanjem upravljačkih signala aktuatorima, ventilima, prekidačima i drugim aktuatorima. Moderni PLC-ovi su često umreženi (RS-485, Ethernet, razne vrste industrijskih sabirnica), i softver, razvijeni za njih, omogućuju njihovo programiranje i upravljanje u obliku pogodnom za operatera putem računala smještenog na najvišoj razini SCADA sustava, dispečerske upravljačke jedinice (MTU). Istraživanje PLC tržišta pokazalo je da kontroleri tvrtki Siemens, Fanuc Automation (General Electric), Allen-Bradley (Rockwell) i Mitsubishi imaju najrazvijeniju arhitekturu, softver i funkcionalnost. Zanimljivi su i proizvodi CONTROL MICROSYSTEMS, industrijski kontroleri za sustave nadzora i upravljanja za naftna i plinska polja, cjevovode, trafostanice, gradsku vodoopskrbu, pročišćavanje otpadnih voda i kontrolu onečišćenja okoliša.

Puno materijala i istraživanja o industrijskoj automatizaciji posvećeno je konkurenciji između dva područja PC-a i PLC-a; Svaki od autora daje veliki broj argumenata za i protiv svakog pravca. Međutim, može se identificirati glavni trend: tamo gdje je potrebna povećana pouzdanost i čvrsta kontrola u stvarnom vremenu, koriste se PLC-ovi. To se prvenstveno odnosi na primjene u sustavima za održavanje života (primjerice vodoopskrba, električna energija), transportnim sustavima, energetskim i industrijskim poduzećima koja predstavljaju povećanu opasnost za okoliš. Primjeri uključuju korištenje Simatic (Siemens) PLC-ova za upravljanje napajanjem monorail-a u Njemačkoj ili korištenje Allen-Bradley (Rockwell) kontrolera za modernizaciju zastarjelog sustava kontrole ventilacije i klimatizacije u slučaju nužde u Plutonium Plant 4 u Los Alamosu . PLC hardver vam omogućuje da učinkovito izgradite sustave otporne na greške za kritične aplikacije na temelju višestrukih redundancija. Industrijska računala koriste se prvenstveno u manje kritičnim područjima (primjerice, u automobilskoj industriji, modernizacija proizvodnje od strane General Motorsa), iako postoje primjeri kritičnijih aplikacija (varšavski metro, kontrola vlakova). Prema stručnjacima, izgradnja sustava temeljenih na PLC-u obično je jeftinija opcija u usporedbi s industrijskim računalima.

Komunikacijski kanali (CS)

Komunikacijski kanali za moderne dispečerske sustave vrlo su raznoliki; izbor specifično rješenje ovisi o arhitekturi sustava, udaljenosti između upravljačke jedinice (MTU) i RTU-a, broju kontroliranih točaka, zahtjevima za propusnost i pouzdanost kanala te dostupnosti dostupnih komercijalnih komunikacijskih linija.

Trendom razvoja CS-a kao strukturne komponente SCADA sustava može se smatrati korištenje ne samo širokog spektra namjenskih komunikacijskih kanala (ISDN, ATM, itd.), već i korporativnih računalnih mreža i specijaliziranih industrijskih sabirnica.

U suvremenim industrijskim, energetskim i transportnim sustavima veliku popularnost stekli su industrijski autobusi - specijalizirani komunikacijski kanali velike brzine koji omogućuju učinkovito rješavanje problema pouzdanosti i otpornosti na buku veza na različitim hijerarhijskim razinama automatizacije. Postoje tri glavne kategorije industrijskih sabirnica, koje karakteriziraju njihovu namjenu (mjesto u sustavu) i složenost informacija koje se prenose: senzor, uređaj, polje. Mnoge industrijske gume pokrivaju dvije ili čak sve tri kategorije.

Od raznolikosti industrijskih sabirnica koje se koriste diljem svijeta (samo u Njemačkoj oko 70 tipova instalirano je u različitim sustavima), treba istaknuti industrijsku verziju Etherneta i PROFIBUS-a, trenutno najpopularniju i, čini se, najviše obećavaju. Korištenje specijaliziranih protokola u industrijskom Ethernetu omogućuje vam da izbjegnete inherentnu nedeterminiranost ove sabirnice (zbog CSMA/CD pretplatničke metode pristupa), au isto vrijeme iskoristite njegove prednosti kao otvorenog sučelja. PROFIBUS sabirnica trenutno je jedna od onih koje najviše obećavaju za upotrebu u industrijskim i transportnim sustavima upravljanja; omogućuje prijenos podataka velike brzine (do 12 Mbaud) otporan na buku (kodna udaljenost = 4) na udaljenosti do 90 km. Na temelju ovog autobusa, primjerice, izgrađen je automatizirani sustav upravljanja vlakom u varšavskom metrou.

Kontrolni tornjevi (MTU)

Glavni trend u razvoju MTU-ova (kontrolnih tornjeva) je prijelaz većine programera SCADA sustava na arhitekturu klijent-poslužitelj, koja se sastoji od 4 funkcionalne komponente.

1. Korisničko (operatorsko) sučelje(korisničko/operatorsko sučelje) iznimno je važna komponenta SCADA sustava. Karakterizira ga a) standardizacija korisničkog sučelja oko nekoliko platformi; b) sve veći utjecaj Windows NT; c) korištenje standardnog grafičkog korisničkog sučelja (GUI); d) tehnologije objektno orijentiranog programiranja: DDE, OLE, Active X, OPC (OLE za kontrolu procesa), DCOM; e) standardni alati za razvoj aplikacija, od kojih su najpopularniji Visual Basic for Applications (VBA), Visual C++; f) pojava komercijalnih verzija softvera klase SCADA/MMI za širok raspon zadataka. Neovisnost o objektu omogućuje korisničkom sučelju da predstavlja virtualne objekte koje su stvorili drugi sustavi. Rezultat su povećane mogućnosti za optimizaciju HMI sučelja.

2. Upravljanje podatcima(upravljanje podacima) odmicanje od visoko specijaliziranih baza podataka prema podršci većini poslovnih relacijskih baza podataka ( Microsoft SQL, Oracle). Obavljaju se funkcije upravljanja podacima i generiranja izvješća standardnim sredstvima SQL, 4GL; ova neovisnost podataka izolira pristup podacima i funkcije upravljanja od SCADA ciljeva, omogućujući jednostavan razvoj dodatne aplikacije o analizi i upravljanju podacima.

3. Umrežavanje i usluge(mreže i usluge) prijelaz na korištenje standarda mrežne tehnologije i protokoli. Upravljanje mrežom, usluge sigurnosti i kontrole pristupa, praćenje transakcija, prijenos pošte, skeniranje dostupnih resursa (procesa) mogu se obavljati neovisno o kodu ciljni program SCADA razvijen od strane drugog dobavljača.

4. Usluge u stvarnom vremenu(usluge u stvarnom vremenu) oslobađanje MTU-a od opterećenja gore navedenih komponenti omogućuje vam da se usredotočite na zahtjeve izvedbe za zadatke u stvarnom i kvazi-stvarnom vremenu. Ovi servisi su brzi procesori koji upravljaju razmjenom informacija s RTU i SCADA procesima, upravljaju rezidentnim dijelom baze podataka, obavještavaju o događajima, izvršavaju radnje upravljanja sustavom i prenose informacije o događajima na korisničko (operatorsko) sučelje.

Unatoč stalnoj raspravi među stručnjacima za sustave upravljanja o tome što je bolje, UNIX ili Windows NT? , tržište je očito izabralo ovo drugo. Presudna za brz rast popularnosti Windows NT bila je njegova otvorena arhitektura i učinkovita sredstva razvoj aplikacija, što je brojnim razvojnim tvrtkama omogućilo stvaranje softverskih proizvoda za rješavanje širokog spektra problema.

Visina Windows aplikacije NT u automatiziranim sustavima upravljanja uvelike je posljedica pojave niza softverski proizvodi, koji mu omogućuju da se koristi kao platforma za kreiranje kritičnih aplikacija u sustavima u stvarnom vremenu, kao iu ugrađenim konfiguracijama. Najpoznatija proširenja u stvarnom vremenu za Windows NT su proizvodi tvrtki VenturCom, Nematron i RadiSys.

Rješenja VenturCom postala su de facto standard za stvaranje kritičnih aplikacija u stvarnom vremenu. Windows platforma N.T. Prilikom razvoja sučelja za aplikacije u stvarnom vremenu, programeri tvrtke krenuli su putem modificiranja Windows NT modula sloja hardverske apstrakcije (HAL Hardware Abstraction Layer), koji je odgovoran za generiranje sistemskih prekida visokog prioriteta koji ometaju zadatak upravljanje u stvarnom vremenu. VenturComov softver Component Integrator je sredstvo za ubrzavanje razvoja i implementacije aplikacija u stvarnom vremenu za Windows NT; dolazi kao integrirani paket koji se sastoji od alata za stvaranje ugrađenih aplikacija (ECK Embedded Component Kit) i stvarnih proširenja u stvarnom vremenu (RTX 4.1), omogućujući aplikacijama kreiranim za rad pod Windows NT da rade u stvarnom vremenu.

RadiSys je zauzeo drugačiji pristup razvoju proširenja u stvarnom vremenu: Windows NT se pokreće kao zadatak niskog prioriteta pod dobro testiranim i dobro poznatim operativnim sustavom u stvarnom vremenu iRMX već oko 20 godina. Sve funkcije obrade i kontrole u stvarnom vremenu izvršavaju se kao zadaci visokog prioriteta pod iRMX-om, izolirani u memoriji od aplikacija i Windows upravljački programi Zaštitni mehanizam NT procesora. Ovaj pristup ima prednost u odnosu na VenturCom rješenje jer zadatak u stvarnom vremenu ne ovisi o radu Windows NT: u slučaju kvara ili katastrofe sistemska greška V Windows rade Zadatak NT kontrole u stvarnom vremenu nastavit će se izvoditi. Ovo rješenje omogućuje vam da obavijestite glavni zadatak o problemima koji su se pojavili u radu NT-a i zadržavate samo pravo na nastavak rada ili zaustavljanje cijelog sustava.

Treba napomenuti da se u SCADA sustavima zahtjev tvrdog stvarnog vremena (tj. sposobnost odgovora/obrade događaja u jasno definiranim, zajamčenim vremenskim intervalima) odnosi, u pravilu, samo na udaljene terminale; u jedinicama dispečerskog upravljanja (MTU), događaji (procesi, objekti) se obrađuju/upravljaju u mekom (kvazi) realnom vremenu.

Aplikacijski softver

Usredotočenost na otvorene arhitekture pri izgradnji sustava nadzorne kontrole i prikupljanja podataka omogućuje programerima ovih sustava da se izravno koncentriraju na ciljani SCADA zadatak prikupljanja i obrade podataka, praćenja, analize događaja, kontrole i implementacije HMI sučelja.

Ciljni softver za automatizirane upravljačke sustave u pravilu razvijaju sami dobavljači tih sustava za određenu primjenu.

Hardversko-softverski kompleks za dispečersko upravljanje (APK-DK) najnovija je implementacija funkcija dispečerskog upravljanja na suvremenoj tehničkoj razini.

Korištenje računalne tehnologije proširilo je funkcionalnost sustava APK-DK ne samo za prometnika vlakova, već je također omogućilo rješavanje glavnih problema praćenja stanja tehničkih sredstava željezničkih prometnih sustava na vučnicama i kolodvorima područje otpreme.

Dakle, sustav APK-DK ima dvostruku svrhu i pruža:

- promptno prikupljanje informacija na signalnim mjestima odvoza o stanju dionica pruge, semafora i drugih sredstava te njihovo prenošenje u kolodvore za naknadno korištenje za praćenje položaja vlaka i tehničku dijagnostiku vučnih uređaja;
- promptno prikupljanje podataka u kolodvorima o stanju kolosiječnih objekata i tehničkih sredstava i njihovo prosljeđivanje prometniku vlakova i dispečeru signalno-komunikacijskih i računalnih udaljenosti;
- obrada i prikaz informacija od korisnika za održavanje izvršnog rasporeda prometa; izračunavanje prognoze rasporeda na temelju trenutne pozicije vlaka; izračun pokazatelja performansi stranice i izdavanje certifikata; logično određivanje lažne slobodnosti dionice i opasne blizine vlakova; analiza rada uređaja; određivanje stanja prije kvara uređaja; otkrivanje kvarova; optimizacija pretraživanja i uklanjanje kvarova; arhiviranje i oporavak događaja; statistika i računovodstvo resursa uređaja.

Na postajama, odnosno na prvoj (nižoj) razini upravljanja transportnim procesom (slika 3.1) provodi se prikupljanje, transformacija i koncentracija informacija o stanju destilacijskih i staničnih uređaja. Nadalje, ova informacija se može prikazati na radnim mjestima dežurnog kolodvora i dežurnog električara, ali se nužno prenosi na drugu razinu upravljanja, tj. prometnik vlakova, te na dispečerskom radnom mjestu za signalno-vezničku i računalnu opremu.

Stanje destilacijskih uređaja ZhAT sustava kontrolirano je automatskim uređajima za kontrolu signalnih točaka (AKST), izrađenih na temelju specijaliziranih kontrolera. Najrasprostranjeniji je blok AKST-SChM, koji je generator frekvencije koji generira cikličke frekvencijske pakete od osam impulsa koji se šalju na komunikacijsku liniju u skladu sa stanjem kontroliranih objekata. S osam izlaznih impulsa, zahvaljujući manipulaciji trajanja impulsa i pauza (intervala), AKST-ChM vam omogućuje kontrolu stanja sedam diskretnih senzora (releja) i dva senzora praga.

Slika 3.1 - Blok dijagram sustava agroindustrijskog kompleksa

Prilikom projektiranja APK-DK utvrđuje se popis parametara koje kontrolira svaki AKST-SChM.

Za sustave automatskog blokiranja parametri se odabiru sa sljedećeg popisa: nedostatak glavnog napajanja na signalnoj točki; nedostatak rezervnog napajanja; izgaranje glavne niti žarulje crvenog svjetla; izgaranje pomoćne niti žarulje crvenog svjetla; izgaranje žarne niti razlučive žarulje; utvrđeni smjer kretanja; uklanjanje izolacijskog spoja; gubitak istosmjernog napona BS-DA jedinice; zauzetost blok parcele; neispravnost linije AKST-SChM ili DSM; gubitak oba izvora napajanja u objektima s rezervnom baterijom; hitni kvar.

Tijekom projektiranja, noseća frekvencija (frekvencija podešavanja oscilatora) postavljena je za svaki ACST-FM, budući da svi ACST-ovi odjeljka rade na zajedničkoj fizičkoj liniji s frekvencijskom podjelom kanala.

Do 30 AKST-FM može raditi na jednom fizičkom krugu sa sljedećom frekvencijskom podjelom.

Na stanicama (linijskim točkama), informacije iz AKST-SChM primaju i analiziraju odgovarajući koncentratori (industrijsko računalo). Strukturno, sustav se sastoji od uređaja za prikupljanje podataka i radnog mjesta manevarskog dispečera koji se nalazi na udaljenosti od oko 1 km. Komunikacija se odvija putem četverožične linije.

Kao uređaj za prikupljanje podataka koristi se MicroPC koji sadrži:

1) procesorska ploča 5025A;
2) dvije 5600 diskretne I/O kartice;
3) četiri OPTO RAC-a, posebno spojena na diskretne senzore.

Valja napomenuti da je za kontrolu rada samo jedne polovice ranžirne stanice, koja uključuje tri parka (prijamni park, sortirni park i otpremni park), potrebno kontrolirati oko tisuću i pol objekata. Ako ovu brojku pomnožimo s cijenom jednog optocoupler modula tvrtke Crayhill, dobivamo brojku od oko 15.000 USD. Brojka za programere u moderno doba, nažalost, nije mala. Stoga su programeri odlučili organizirati ulaznu matricu pomoću standardnih USO modula. Cijena je odmah pala za red veličine, 96. je korišten s I/O modulima tipa G4IDC5. Bilo je potrebno razviti i proizvesti samu matricu, ali su se troškovi za to pokazali neusporedivo niži nego da se problem rješava direktno. Matrica optocouplera je modularna struktura, čiji svaki modul omogućuje povezivanje 16 diskretnih signala istosmjerne ili izmjenične struje s naponom od 12 do 30 V. Moduli se instaliraju pomoću konektora na "matičnoj ploči", što je pak spojen na OPTO RAC pomoću standardnih kabela OCTAGON SYSTEMS. Radno mjesto manevarskog dispečera implementirano je na IBM AT PC računalu s višeterminalnom video karticom koja podržava četiri monitora. Nakon utvrđivanja hardvera, programeri su se suočili s pitanjem odabira operativnog sustava (OS) pod kojim će DC sustav raditi. Na temelju zahtjeva za funkcije DC sustava možemo zaključiti da bi ovaj OS trebao

imati najmanje sljedeće sposobnosti:

- podrška za multitasking;
- višekorisnički način rada;
- skalabilnost;
- visoke performanse;
- rad u realnom vremenu;
- pouzdan i iznimno brz prijenos velikih količina podataka putem sporog i ne baš kvalitetnog komunikacijskog kanala;
- jednostavnost povezivanja raznih hardverskih uređaja;
- rad na ograničenim resursima sustava;
- pouzdan sustav datoteka;
- mogućnost daljinske promjene verzija programa;
- mogućnost integracije s drugim sustavima.

QNX OS ima sva gore navedena svojstva, kao i

odredio njegov izbor kao radnog okruženja za implementaciju istosmjernog sustava. Multitasking je potreban zbog činjenice da DC sustav mora istovremeno obavljati nekoliko međusobno povezanih zadataka, naime:

- zbirka i primarna obrada podaci;
- podatkovni relej;
- prikaz položaja vlaka;
- evidentiranje kvarova;
- snimanje tehnoloških situacija;
- primanje poruka iz Računskog centra;
- vođenje protokola rada.

Mehanizam za razmjenu poruka implementiran u QNX-u je vrlo moćan, na temelju kojeg je DC sustav implementiran u tehnologiji klijent-poslužitelj, čime se povećava pouzdanost rada i omogućuje povećanje broja uređaja za prikupljanje podataka i potrošača informacija na niskoj razini. trošak. Podrška za višekorisnički način je potrebna zbog činjenice da nekoliko korisnika može raditi na sustavu u isto vrijeme. Planirano je povezivanje dodatnih korisničkih radnih stanica na temelju lokalne mreže čiji će jedan od čvorova biti radno mjesto manevarski otpravnik. QNX podrška za nekoliko mrežnih standarda daje vam izbor: Ethernet, Arcnet, Token Ring itd.

Zahtjev za visokim performansama i radom u stvarnom vremenu postaje jasan ako uzmemo u obzir broj nadziranih senzora i specificiranu učestalost uzimanja njihovih očitanja - najmanje 5 puta u sekundi. Štoviše, promjene stanja nekoliko desetaka senzora događaju se pri gotovo svakoj anketi. Programeri su uspjeli riješiti problem pouzdanog prijenosa podataka putem komunikacijskog kanala spajanjem prijemnog uređaja i dispečerske radne stanice u QNX mrežu, što je omogućilo korištenje mrežnog protokola sustava i implementaciju ove razmjene neovisno o prijenosu podataka. medij za aplikativne programe. Serijska mreža radi prilično stabilno pri brzini prijenosa podataka od 4800 bauda. Kako bismo povećali mrežnu propusnost, upotrijebili smo mehanizam kompresije/dekompresije podataka koji implementira mrežni upravljački program, a koji je transparentan za aplikacijske programe.

Ne bez nekih poteškoća. QNX OS jamči da ako je zadatak blokiran tijekom slanja poruke, sustav će automatski otpustiti blokadu nakon nekog vremena, vraćajući kod greške. Nažalost, ovaj mehanizam ne radi uvijek. Zadatak može ostati u ovom stanju neograničeno dugo dugo vremena. Programeri su morali programski pratiti i ispravljati ovu situaciju. Po njihovom mišljenju, to može biti zbog prisutnosti pogreške u mrežni upravljački program Net.fd verzija 4.22 i kada prijeđete na verziju 4.23 moći ćete ga se riješiti. Želja za stvaranjem sustava koji nije striktno vezan za određeni hardver dovodi do potrebe za pisanjem upravljačkih programa uređaja. Svatko tko je pisao i otklanjao pogreške u upravljačkim programima uređaja pod DOS-om zna da je posebno nezgodno što je OS sučelje za upravljačke programe i aplikacijske programe drugačije. Što se tiče QNX-a, pisanje i otklanjanje pogrešaka upravljačkih programa ne razlikuje se od pisanja i otklanjanja pogrešaka drugih programa. Softversko sučelje je zajedničko za sve programe. Drajveri za Octagon 5600 ploču i multi-screen video karticu napisani su prilično brzo. Budući da QNX uključuje velik broj upravitelja uređaja i raznih upravljačkih programa, u mnogim slučajevima možete jednostavno koristiti pruženu uslugu umjesto razvijanja vlastitog softvera. Za povezivanje modema i organiziranje mreže između uređaja za preuzimanje i radnog mjesta dispečera korišten je standardni upravitelj serijskih kanala.

Zbog činjenice da je QNX male veličine i modularne strukture, postalo je moguće instalirati ovaj OS na Micro PC. OS kernel, modul mrežne podrške, ugrađeni upravitelj sustav datoteka I aplikacijski programi uspio stati u samo 256 Kb flash memorije i 100 Kb statičkog RAM-a. Zahtijeva nešto više od 1 MB pri radu RAM memorija. Instalacija softvera na Micro PC izvršena je pomoću praktičnog alata EKit - paketa za instalaciju QNX-a u ugrađene sustave. Mogućnost daljinske promjene verzija programa iznimno je potrebna u našem slučaju, budući da Micro PC u načinu rada nema ni ekran, ni tipkovnicu, ni disk jedinicu. Transparentan pristup datotekama na QNX mreži uvelike olakšava rad, a Efsys ugrađeni upravitelj datotečnog sustava omogućuje vam reprogramiranje flash memorije i SRAM-a korištenjem uobičajene naredbe za kopiranje datoteke. Nakon ponovnog pisanja moguće je izvršiti soft reboot udaljeno računalo s ažuriranom verzijom. Programeri su imali problema s organizacijom mekog ponovnog pokretanja. Pokušaj njegove implementacije gotovo je uvijek rezultirao smrzavanjem stroja koji se ponovno pokreće. Uspjeli smo zaobići ovu poteškoću postavljanjem opcije za otkazivanje vrućeg pokretanja prilikom generiranja slike OS-a. Jedan od glavnih zadataka koji su postavili projektanti istosmjernog sustava bio je osigurati mogućnost njegove integracije s postojećim razvoj softvera. Jedan takav razvoj je sustav za održavanje grafikona izvedenih pokreta, koji su implementirali drugi programeri u Windows okruženje N.T. S obzirom na negativna iskustva stečena implementacijom vlastitih protokola pod DOS-om, odlučeno je da se za docking koriste isključivo standardni protokoli. De facto, takvi standardni protokoli su familija TCP/IP protokola, što je bio još jedan uvjerljiv argument u korist sustava koji pruža njihovu podršku. TCP/IP paket za QNX daje razvojnom programeru ne samo mogućnost programiranja na razini Socket API-ja, već i iskorištavanje mrežnog datotečnog sustava (NFS), poziva udaljenih procedura (RPC) u ONC standardu i mnogih korisnih usluga kao što su telnet i ftp. DC sustav, implementiran na temelju naprednih hardverskih i softverskih tehnologija, pomaže dispečeru u dobivanju pouzdanih informacija i uvelike olakšava upravljanje operativni rad stanice. Vođenje evidencije o radu omogućuje otkrivanje uskih grla i izbjegavanje nepotrebnih materijalnih troškova. U budućnosti se pojavljuje zadatak automatskog generiranja brojnih dokumenata koji se još uvijek ručno ispunjavaju.

tehnološki procesi

U tipičnoj arhitekturi SCADA sustava jasno su vidljive dvije razine:

razina lokalnog kontrolera , interakcija s objektom upravljanja putem senzora i pokretača;

razina operativnog upravljanja tehnološki proces čije su glavne komponente poslužitelji, radne stanice operatera/dispečera i radne stanice stručnjaka.

razlikovati Osnovni, temeljni I primijeniti softver (slika 1).

Riža. 1. Klasifikacija softvera sustava upravljanja.

Osnovni, temeljni Softver uključuje različite komponente, ali glavni je operativni sustav (OS) softvera i hardvera sustava upravljanja procesima. Svaka razina sustava upravljanja procesima predstavljena je “svojim” softverom i hardverom: na nižoj razini riječ je o kontrolerima, dok je glavno tehničko sredstvo gornje razine računalo. U skladu s tim, među stručnjacima se pojavila sljedeća klasifikacija: ugrađeni I radna površina softver.

Za rješavanje takvih problema preporuča se koristiti OS stvarno vrijeme(RTOS). Takvi se operacijski sustavi ponekad nazivaju determinističkim, što znači zajamčeni odgovor unutar određenog vremenskog razdoblja. Većina mikroprocesorskih uređaja (uključujući kontrolere i računala) koristi mehanizam procesorskog prekida. U OS-u u stvarnom vremenu, za razliku od OS-a Opća namjena(ne jamči vrijeme izvršenja), prekidima se dodjeljuju prioriteti, a sami prekidi se obrađuju u zajamčenom vremenu.

Izbor OS-a ovisi o težini zahtjeva u stvarnom vremenu. Za zadatke kritične za odgovor kontrolnog sustava, operativni sustavi u stvarnom vremenu kao što su OS-9QNX, VxWorks. U sustavima s manje strogim zahtjevima za real-time moguće je koristiti verzije Windows NT/CE, odnosno njihove ekstenzije za real-time.

OS-9 pripada klasi Unix-sličnih operativnih sustava u stvarnom vremenu i nudi mnoge poznate elemente Unix okruženja. Sve funkcionalne komponente OS-9, uključujući kernel, hijerarhijske upravitelje datotekama, ulazno/izlazni sustav i razvojne alate, implementirane su kao neovisni moduli. Kombiniranjem ovih modula, programer može kreirati sustave sa širokim rasponom konfiguracija - od minijaturnih samostalnih kernela, kontrolera temeljenih na ROM-u, do potpunih višekorisničkih razvojnih sustava.

OS-9 pruža sve osnovne funkcije operativnih sustava u stvarnom vremenu: upravljanje prekidima, razmjenu informacija između zadataka i sinkronizaciju zadataka.

operacijski sustav QNX razvila kanadska tvrtka QNX Software Systems Ltd. je jedan od najčešće korištenih sustava u stvarnom vremenu. QNX jamči vrijeme odziva u rasponu od nekoliko desetaka mikrosekundi do nekoliko milisekundi (ovisno o brzini računala i verziji QNX-a). Dodatno, QNX-ova visoka učinkovitost u kontrolnim zadacima u stvarnom vremenu osigurana je takvim značajkama kao što je višezadaćnost (do 250 zadataka na jednom čvoru), mogućnosti umrežavanja ugrađene u jezgru sustava, fleksibilno upravljanje prekidima i prioritetima te mogućnost izvršavanja zadatke u zaštićenom i pozadinskom načinu rada.

Operativni sustav QNX našao je primjenu kako na nižoj razini sustava upravljanja procesima (OS za kontrolere), tako i na višoj razini (OS za SCADA softver).

Operativni sustav u stvarnom vremenu VxWorks namijenjen je razvoju softvera za ugrađena računala koja rade u "tvrdim" sustavima u stvarnom vremenu. Operativni sustav VxWorks također uključuje okruženje Tornado tvrtke Wind River Systems s alatima za razvoj aplikacijskog softvera. Njegov razvoj se provodi na instrumentalnom računalu u okruženju Tornado za naknadno izvođenje na ciljnom računalu (kontroleru) na kojem se izvodi VxWorks.

VxWorks OS podržava cijela linija računalne platforme, uključujući Intel 386/486/Pentium, PowerPC, DEC Alpha. Platforme koje podržava Tornado uključuju Sun (Solaris), HP 9000/400,700, DEC Alpha, PC (Windows 95 i NT) i druge.

operacijski sustav Windows svima poznat kao stolni sustav. Ali to se prvenstveno odnosi na Windows 3.xx/95 platforme, kojima stvarno nedostaje podrška u stvarnom vremenu. Situacija se dramatično promijenila dolaskom Windows NT. Sam Windows NT nije operativni sustav za rad u stvarnom vremenu zbog niza svojih značajki. Sustav podržava hardverske (umjesto softverske) prekide, nema prioritetne obrade odgođenih procedura, itd. Ali krajem dvadesetog stoljeća, brojne su tvrtke ozbiljno pokušale pretvoriti Windows NT u hard-real-time OS. I ti su pokušaji bili okrunjeni uspjehom. VenturCom je razvio Real Time Extension (RTX) modul, real-time (RT) podsustav za Windows NT. Ovaj podsustav ima svoj planer sa 128 prioriteta prekida, koji je neovisan o NT-u. Maksimalno vrijeme odziva prekida je 20-80 µs, bez obzira na opterećenje procesora. Sada, sa svakim prekidom mjerača vremena, prioritet se prenosi na vremenski kritične zadatke. A u vremenu preostalom od njihovog rada mogu se obavljati “spori” procesi: ulaz/izlaz, rad s diskom, mrežom, grafičkim sučeljem itd.

32-bitni Windowsn.e. kreirao je Microsoft za mala računala (kalkulatore), ali je zbog niza prednosti počeo zahtijevati ulogu standardnog OS-a u stvarnom vremenu. Te prednosti uključuju:

otvorenost i jednostavnost povezivanja s drugim operativnim sustavima iz obitelji Windows;

vrijeme odziva je oko 500 μs;

značajno niži zahtjevi za memorijskim resursima u usporedbi s drugim Windows operativnim sustavima i mogućnost izgradnje sustava bez diska.

A 1999. Direct by Koyo prvi je put instalirao Windows CE na microPLC platformu.

Odabir softvera i hardvera operativnog sustava vrhunska razina Sustav upravljanja procesom određen je aplikacijskim zadatkom (OS opće uporabe ili RTOS). Ali najpopularnije i najraširenije su razne verzije Windows OS-a (Windows NT/2000). Opremljeni su vrhunskom programskom i hardverskom opremom automatiziranih sustava upravljanja procesima, a predstavljaju osobna računala (PC) različite snage i konfiguracije - radne stanice operatera/dispečera i specijalista, poslužitelji baza podataka (DB) itd.

Ovakva situacija nastala je kao rezultat niza razloga i trendova u razvoju suvremene informacijske i mikroprocesorske tehnologije.

Evo nekih od glavnih argumenata u korist Windowsa:

Windows je vrlo raširen u svijetu, uključujući i Rusiju, pa je lako pronaći stručnjaka koji bi mogao održavati sustave temeljene na ovom OS-u;

ovaj OS ima mnogo aplikacija koje pružaju rješenja za razne probleme obrade i prezentiranja informacija;

Windows OS i Windows aplikacije lako se uče i imaju standardno, intuitivno sučelje;

Aplikacije koje rade pod Windowsima podržavaju javno dostupne komunikacijske standarde;

sustavi temeljeni na Windows OS-u jednostavni su za rukovanje i razvoj, što ih čini ekonomičnim kako u smislu podrške tako i tijekom postupnog rasta;

Microsoft ubrzano razvija informacijsku tehnologiju (IT) za Windows, što tvrtkama koje koriste ovu platformu omogućuje da "drže korak s vremenom".

U 90-ima je QNX OS u stvarnom vremenu postao široko rasprostranjen. Brojni su primjeri korištenja QNX-a na svim razinama hijerarhijske strukture sustava upravljanja procesima (od kontrolera do poslužitelja i radnih stanica). No, posljednjih godina aktivnost tvrtke na tržištu SCADA sustava značajno se smanjila, što je dovelo do smanjenja broja prodaja ovog softverskog proizvoda. To se objašnjava činjenicom da je još 1995. QNX Software Systems Ltd. najavio svoje “premještanje” u ugrađene sustave.

Sa stajališta razvoja upravljačkog sustava, preferirana softverska arhitektura je ona u kojoj je softver svih upravljačkih razina implementiran u jednom operacijskom sustavu. U ovom slučaju, svi problemi koji se odnose na vertikalnu interakciju različitih softverskih komponenti upravljačkog sustava su "automatski" uklonjeni. Ali u praksi je to daleko od slučaja. Često se u razvijenim sustavima nadzora i upravljanja donja i gornja razina implementiraju u različite operacijske sustave. A najtipičnija situacija je kada se na razini kontrolera koristi OS u stvarnom vremenu, a na razini operatera/dispečera SCADA sustav radi pod Windows NT. Nemoguće je bez specijaliziranih rješenja za organiziranje interakcije između podsustava.

Za rad upravljačkog sustava potrebna je druga vrsta softvera - primijenitisoftver(PPO).

Postoje dva poznata načina za razvoj aplikacijskog softvera za upravljačke sustave:

stvaranje vlastitog aplikacijskog softvera pomoću alata

tradicionalno programiranje (standardni jezici

programiranje, alati za otklanjanje pogrešaka itd.);

korištenje postojećih za razvoj aplikativnog softvera

(gotovi) alati.

Prva opcija je radno najintenzivnija. Korištenje jezika visoke razine zahtijeva odgovarajuće kvalifikacije programera u teoriji i tehnologiji programiranja, poznavanje značajki određenog operacijskog sustava i zamršenosti hardvera (kontrolera). S gledišta glavnih kriterija - troškova i vremena razvoja - ova je opcija u većini slučajeva neprihvatljiva.

Druga opcija je poželjnija. Zašto? Ali zato što je danas u svijetu već stvoreno nekoliko desetaka instrumentalnih sustava, dobro podržanih, razvijenih i korištenih u izradi desetaka i stotina tisuća projekata automatizacije. Ovi vremenski testirani softverski alati pojednostavljuju (programeri sučelja nisu visokokvalificirani programeri, već stručnjaci za automatizaciju), ubrzavaju i značajno smanjuju troškove razvojnog procesa.

S gledišta primjene, gotovi alati mogu se podijeliti u dvije klase:

alate usmjerene na razvoj programa upravljanja vanjski uređaji, kontroleri - SLUČAJ-sustavi ( Programsko inženjerstvo potpomognuto računalom);

alati koji imaju za cilj osigurati sučelje između operatera/dispečera i upravljačkog sustava – SCADA-sustavi( Nadzorna kontrola i prikupljanje podataka- nadzor otpreme i prikupljanje podataka).

Kontrolor zahtijeva program, prema kojem je u interakciji s objektom. U nekim slučajevima govorimo samo o prikupljanju podataka iz objekta, u drugima - o logičkoj kontroli (na primjer, izvršavanje zaključavanja). Konačno, jedna od glavnih primjena regulatora je implementacija funkcija za kontinuiranu kontrolu pojedinih parametara ili tehnološkog uređaja (procesa) u cjelini.

Tvrtke koje proizvode opremu za sustave automatizacije zgrada oduvijek su nastojale svoje proizvode popratiti skupom programskih alata pomoću kojih bi korisnik, prema određenim pravilima i dogovorima, mogao opisati logiku kontrolera. U ranoj fazi razvoja ovih softverskih alata, skup funkcija koje su podržavali pružali su nestandardni jezici. S vremenom su pravila i dogovori poboljšani iu određenoj fazi formalizirani u obliku posebnih programskih jezika, tvoreći ono što se danas naziva SLUČAJ- instrumenti.

Godine 1992. Međunarodna elektrotehnička komisija (IEC - International Electrotechnical Commission) preuzela je kontrolu nad procesima povezanim s razvojem ove vrste aplikacijskog softvera. Postavljeni su zahtjevi za otvorenošću sustava čije bi ispunjenje omogućilo unificiranje softvera i pojednostavljenje razvoja:

mogućnost da sami korisnici razviju upravljačke programe za kontrolere, tj. podrška programskim proizvodima za programiranje kontrolera s posebnim alatima;

dostupnost komunikacijskih alata (sučelja) za interakciju s drugim komponentama upravljačkog sustava;

mogućnost prijenosa jezgre sustava na niz softvera i hardvera

platforme.

Na tržištu se pojavio velik broj paketa koji zadovoljavaju navedene uvjete. U gotovo svim ovim paketima implementirano je razvojno okruženje Windows-sučelje, postoje sredstva za učitavanje razvijene aplikacije u izvršni sustav.

Imena nekih od ovih paketa navedena su u nastavku:

RSLogix 500, RS Logix 5, RSLogix 5000 tvrtke Rockwell Software za programiranje kontrolera raznih obitelji Allen-Bradley;

DirectSOFT za kontrolere obitelji Direct Logic tvrtke Koyo;

PL7 i Concept paketi - Softver za programiranje kontrolera raznih obitelji Schneider Electrica;

paketi STEP 5, STEP 7 Micro, STEP 7 za programiranje kontrolera obitelji S5 i S7 tvrtke Siemens;

Toolbox paket za konfiguriranje kontrolera obitelji Moscad;

TelePACE paket za programiranje serijskih kontrolera

TeleSAFE Micro 16 i SCADAPack tvrtke Control Microsystems.

Norma IEC 1131-3 definira pet programskih jezika regulatora: tri grafička (LD, FBD, SFC) i dva tekstualna (ST, IL).

LD(Ladder Diagram) je grafički jezik za ljestvičaste logičke dijagrame. LD jezik se koristi za opisivanje logičkih izraza različitih razina složenosti.

FBD(Function Block Diagram) - grafički jezik za funkcionalne blok dijagrame. FBD jezik se koristi za konstruiranje složenih procedura koje se sastoje od različitih funkcionalnih blokova knjižnica - aritmetičkih, trigonometrijskih, regulatora, itd.).

SFC(Sequential Function Chart) - grafički jezik za dijagrame sekvencijskih funkcija. SFC jezik namijenjen je za upotrebu u fazi dizajna softvera i omogućuje vam da opišete "kostur" programa - logiku njegovog rada na razini sekvencijalnih koraka i uvjetnih prijelaza.

ST(Structured Text) - jezik strukturiranog teksta. Ovo je jezik visoke razine, mnemonički sličan Pascalu, a koristi se za razvoj postupaka obrade podataka.

IL(Popis uputa) - jezik uputa. To je asemblerski jezik niske razine i koristi se za programiranje učinkovitih, optimiziranih procedura.

Krajem 90-ih pojavili su se otvoreni programski proizvodi ISaGRAF, InControl (Wonderware), Paradym (Intellution), namijenjeni za razvoj, otklanjanje pogrešaka i izvođenje upravljačkih programa za diskretne i kontinuirane procese.

Sada već možemo reći da je velika većina kontrolera i upravljačkih sustava servisirana programskim proizvodima koji implementiraju standard IEC 1131-3.

Paket ISaGRAF francuske tvrtke CJ International pronašao je široku primjenu u Rusiji.

Glavne karakteristike paketa:

Podrška za svih pet jezika standarda IEC 1131-3 plus implementacija jezika dijagrama toka kao sredstva za opisivanje dijagrama stanja. U isto vrijeme, ISaGRAF vam omogućuje miješanje programa i procedura napisanih u njemu različiti jezici, kao i umetanje nizova kodova iz jednog jezika u kodove napisane na drugom jeziku.

Dostupnost višenamjenskog programa za ispravljanje pogrešaka koji vam omogućuje

aplikacija zadatak rad prikaz status softvera

kod, varijable, programe i još mnogo toga.

Podržava razne industrijske mrežne protokole.

Implementacija opcija koje osiguravaju otvorenost sustava za pristup unutarnje strukture podatke ISaGRAF aplikacijskog zadatka, kao i mogućnost razvoja drajvera za ulazno/izlazne module koje razvija sam korisnik, te mogućnost prijenosa ISaGRAF kernela na bilo koju hardversku i softversku platformu.

Skup upravljačkih programa za rad s kontrolerima različitih proizvođača: PEP Modular Computers, Motorola Computer Group itd.

Dostupnost dodatnih interaktivnih editora za opisivanje varijabli, konstanti i ulazno/izlaznih konfiguracija.

Ugrađena sredstva za praćenje promjena programskog koda aplikacije ISaGRAF i ispis izvješća o razvijenom projektu s visokim stupnjem detalja, uključujući ispis tablica unakrsnih uputa za programe i pojedinačne varijable.

Kompletna dokumentacija faza razvoja.

Softverski alati više razine za sustave upravljanja procesima (SCADA paketi) namijenjeni su izradi aplikativnog softvera za nadzorne i upravljačke panele, implementiranih na različitim računalnim platformama i specijaliziranim radnim stanicama. SCADA paketi omogućuju uz minimalnu količinu programiranja u jednostavnim jezičnim alatima razviti višenamjensko sučelje koje operateru/dispečeru pruža ne samo potpunu informaciju o tehnološkom procesu, već i mogućnost upravljanja njime.

Koncept otvorenosti temeljan je kada se radi o softveru i hardveru za izgradnju sustava automatizacije na više razina. O tome će biti više riječi u nastavku.

Sada na ruskom tržištu postoji nekoliko desetaka otvorenih SCADA paketa koji imaju gotovo istu funkcionalnost. No, to uopće ne znači da se bilo koji od njih uz isti napor (vremenski i financijski) može uspješno prilagoditi pojedinom sustavu upravljanja, posebice kada je riječ o njegovoj modernizaciji. Svaki SCADA paket jedinstven je na svoj način, a njegov izbor za određeni sustav automatizacije, o kojemu se raspravlja na stranicama posebnih časopisa već gotovo deset godina, i dalje ostaje relevantan.

Ispod je popis najpopularnijih SCADA paketa u Rusiji.