Szoftver vezérlőrendszerekhez, diszpécser- és folyamatirányító rendszerekhez. Felügyeleti irányítás hardver és szoftver komplexuma A felügyeleti irányítás eszközeinek hardver szoftvere

APCS szoftverek osztályozása. Mint már említettük, a SCADA rendszer tipikus architektúrájában két szint jól látható:

· helyi vezérlő szint , érzékelőkön és aktuátorokon keresztül kölcsönhatásba lép a vezérlőobjektummal;

· operatív irányítási szint technológiai folyamat, melynek fő összetevői a szerverek, az üzemeltetők/diszpécserek munkaállomásai, a szakemberek munkaállomásai.

Ezen szintek mindegyike speciális szoftver (SW) irányítása alatt működik. Ennek a szoftvernek a fejlesztése, illetve a piacon jelenleg kínált szoftvereszközök közül való kiválasztása számos tényezőtől függ, elsősorban az adott szinten megoldandó feladatoktól. Megkülönböztetni alapvetőés alkalmazott szoftver(lásd az 5.1. ábrát).

5.2 ábra - A vezérlőrendszer szoftvereszközeinek osztályozása.

Alapvető A szoftver különféle komponenseket tartalmaz, de a legfontosabb az APCS szoftver és hardver operációs rendszere (OS). A folyamatirányító rendszer minden szintjét „saját” szoftver és hardver képviseli: az alsó szinten vezérlőkről beszélünk, míg a felső szinten a fő technikai eszköz a számítógép. Ennek megfelelően a következő besorolás jelent meg a szakemberek körében: beágyazottés asztali szoftver.

Nyilvánvalóan különböznek a beágyazott és az asztali szoftverekkel szemben támasztott követelmények. A vezérlőrendszerben lévő vezérlő az információgyűjtés funkcióival együtt megoldja az automatikus folyamatos vagy logikai vezérlés problémáit. Ebben a tekintetben szigorú követelmények vonatkoznak rá az objektum állapotára való reagálás idejére és a működtetőkön végzett vezérlési műveletek kiadására. A vezérlőnek kell garantált reagálni az objektum állapotváltozásaira adott idő.

A szoftver és hardver operációs rendszerének kiválasztása legmagasabb szint A folyamatirányítási rendszert az alkalmazási feladat határozza meg (nyilvános operációs rendszer vagy RTOS). De a legnépszerűbb és legelterjedtebbek a Windows operációs rendszer különféle verziói. Legfelsőbb szintű szoftverekkel és hardverekkel vannak felszerelve a folyamatirányító rendszerek számára, amelyeket különféle kapacitású és konfigurációjú személyi számítógépek (PC-k) képviselnek - üzemeltetők / diszpécserek és szakemberek munkaállomásai, adatbázis-kiszolgálók (DB) stb.

Ez a helyzet a modern információs és mikroprocesszoros technológiák fejlődésének számos okának és tendenciájának eredményeképpen alakult ki.

Íme néhány fő érv a Windows mellett:

· A Windows nagyon elterjedt a világon, így Kazahsztánban is, ezért könnyű olyan szakembert találni, aki az ezen az operációs rendszeren alapuló rendszereket kísérné;

Ez az operációs rendszer számos olyan alkalmazással rendelkezik, amelyek megoldást kínálnak az információfeldolgozás és -megjelenítés különféle problémáira;

· OS A Windows és a Windows-alkalmazások könnyen megtanulhatók, és tipikus intuitív felülettel rendelkeznek;

A Windows alapú alkalmazások támogatják a nyilvános adatcsere szabványokat.

· A Windows alapú rendszerek könnyen kezelhetők és fejleszthetők, ami gazdaságossá teszi őket mind a támogatás, mind a fokozatos növekedés szempontjából;

· A Microsoft gyors ütemben fejleszti az információs technológiát (IT) a Windows rendszerhez, amely lehetővé teszi a platformot használó vállalatok számára, hogy lépést tudjanak tartani a korral.

Figyelembe kell venni azt is, hogy az automatizált folyamatirányítási rendszer felső szintjének szerves részét képezi az a személy, akinek az eseményekre való reakcióideje nem determinisztikus és gyakran meglehetősen hosszú. És maga a valós idejű probléma a legfelső szinten nem annyira releváns.

A vezérlőrendszer működéséhez még egyfajta szoftverre van szükség - alkalmazás szoftver(PPO). Kétféle módon lehet vezérlőrendszerekhez alkalmazásszoftvert fejleszteni:

saját szoftver létrehozása hagyományos programozási eszközökkel ( szabványos nyelvek programozás, hibakereső eszközök stb.);

Meglévő (kész) eszközök felhasználása alkalmazási szoftverek fejlesztéséhez.

· A folyamatirányító rendszerek legfelső szintű szoftverei (SCADA-csomagok) különböző számítógépes platformokon és speciális munkaállomásokon megvalósított felügyeleti és vezérlőpanelek alkalmazási szoftvereinek létrehozására szolgálnak. SCADA - a csomagok lehetővé teszik az egyszerű nyelvi eszközök minimális programozási hányadával egy többfunkciós interfész kifejlesztését, amely nemcsak teljes körű tájékoztatást nyújt a kezelőnek / diszpécsernek technológiai folyamat hanem a kezelésének képességét is.

Fejlesztése során a SCADA csomagok ugyanazt az utat járták be, mint a vezérlők programozására szolgáló szoftverek. A kezdeti szakaszban (80-as években) a hardverfejlesztők létrehozták saját (zárt) SCADA rendszereiket, amelyek csak „a saját” hardverükkel tudtak együttműködni. A 90-es évek óta megjelentek az univerzális (nyílt) SCADA programok.

A nyitottság koncepciója alapvető fontosságú, amikor a többszintű automatizálási rendszerek felépítéséhez szükséges szoftverekről és hardverekről van szó. Erről az alábbiakban részletesebben lesz szó.

Mostantól orosz piac több tucat nyitott SCADA-csomag létezik, amelyek szinte azonos funkcionalitással rendelkeznek. De ez egyáltalán nem jelenti azt, hogy bármelyiket sikeresen adaptálhatnánk egyik vagy másik irányítási rendszerhez azonos (ideiglenes és pénzügyi) erőfeszítésekkel, különösen, ha korszerűsítésről van szó. Minden SCADA-csomag egyedi a maga módján, és egy-egy automatizálási rendszerre vonatkozó választása, amelyről az elmúlt tíz évben a speciális folyóiratok oldalain beszéltek, továbbra is aktuális.

Az alábbiakban felsoroljuk a legnépszerűbb SCADA-csomagokat Oroszországban és Kazahsztánban.

· Nyomkövetési mód/Nyomkövetési mód (AdAstrA) - Oroszország;

· InTouch (Wonderware) - USA;

· FIX (Intellution) - USA;

· Genesis (Iconics Co) - USA;

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

· RealFlex (BJ Software Systems) - USA;

· Sitex (Jade Software) - Nagy-Britannia;

· Citect (CI Technology) - Ausztrália;

· WinCC (Siemens) - Németország;

· RTWin (SWD Real Time Systems) - Oroszország;

· SARGON (NVT - Automatizálás) - Oroszország;

· MIK$Sys (MEPhI) - Oroszország;

· Simplicity (GE Fanuc) - USA;

· RSView (Rockwell Automation) - USA és még sokan mások.

A csomagok sorrendje a fenti listában meglehetősen véletlenszerű. Csak ennek vagy annak a rendszernek a létezésének tényét mondják ki. Javasoljuk, hogy abból induljunk ki, hogy SCADA-csomag akkor létezik, ha már legalább több tucat projektet valósítottak meg ezzel. A második feltevés az, hogy nincs abszolút legjobb SCADA rendszer minden alkalmazáshoz. A SCADA csak praktikus eszköz a fejlesztő kezében van, és egy adott automatizálási rendszerhez való igazítása képzettség és tapasztalat kérdése.

A SCADA rendszerek alapvető funkciói. Szoftver típusa SCADA fejlesztésre és üzemeltetésre tervezték automatizált rendszerek folyamatirányítás. Indokolt feltenni a kérdést: mi előbb - fejlesztés vagy üzemeltetés? A válasz pedig ebben az esetben egyértelmű - az elsődleges egy hatékony ember-gép interfész (HMI), amely a felhasználóra, azaz az operatív személyzetre orientálódik, akiknek a menedzsmentben betöltött szerepe meghatározó. A SCADA az emberi tényező problémáinak új megközelítése a vezérlőrendszerekben (fentről lefelé), elsősorban az emberre (operátor / diszpécser), annak feladataira és az általa megvalósított funkciókra fókuszálva.

Ez a megközelítés lehetővé tette az üzemeltetők/diszpécserek részvételének minimalizálását a folyamatirányításban, de meghagyta számukra a döntési jogot speciális helyzetekben.

És mit adott a SCADA rendszer a fejlesztőknek? A SCADA megjelenésével hatékony eszközt kaptak a vezérlőrendszerek tervezésére, amelynek előnyei a következők:

· a vezérlőrendszer fejlesztési folyamatának magas fokú automatizálása;

részvétel az automatizált folyamatok területén dolgozó szakemberek fejlesztésében (programozás programozás nélkül);

· Valós idő- és ebből következően pénzügyi költségek csökkenése az irányítási rendszerek fejlesztéséhez.

Mielőtt a SCADA szoftver funkcionalitásáról beszélnénk, javasoljuk, hogy vizsgáljuk meg maguknak az üzemeltetőknek / diszpécsereknek a funkcionális felelősségét. Mik ezek a felelősségek? Azonnal meg kell jegyezni, hogy az egyes technológiai folyamatok és iparágak üzemeltetőinek/diszpécsereinek funkcionális felelőssége jelentősen eltérhet, és maguk az „üzemeltető” és a „diszpécser” fogalmak messze nem egyenértékűek. Mindazonáltal e feladatok sokfélesége között sikerült megtalálni a munkavállalók e kategóriájában rejlő közös feladatokat:

· a fő technológiai és önhordó paraméterek értékeinek regisztrálása;

· a beérkezett adatok elemzése és összehasonlítása a műszakos napi feladatokkal, ütemezéssel;

a technológiai folyamat megsértésének okainak elszámolása és nyilvántartása;

Napló vezetése, működési jelentések, jelentések és egyéb dokumentumok összeállítása;

Adatszolgáltatás a technológiai folyamat előrehaladásáról és a berendezések állapotáról a felsőbb szolgálatoknak stb.

Korábban a vezérlőteremben (vezérlőterem) volt egy vezérlőpult (tehát - kapcsolótábla). A több száz szabályozási és szabályozási paraméterrel rendelkező berendezéseknél és technológiai folyamatoknál a pajzs hossza elérhette a több tíz métert, a rajtuk lévő eszközök számát pedig sok tíz, esetenként több száz is mérte. Ezek között volt a jelző (skála és mutató), valamint az önrögzítő (a skála és a mutató mellett volt tollas diagrampapír is), valamint a jelző. Egy bizonyos időpontban a kezelő a pajzsot megkerülve naplóba rögzítette a műszerek leolvasását. A probléma így megoldódott gyűjtés és regisztráció információ.

Az állítható paramétereket kiszolgáló készülékekben a vezérlő feladatának beállítására, valamint az automatikus vezérlési módról a kézi (távirányító) vezérlésre történő átállásra szolgáló eszközök voltak. Itt a készülékek mellett számtalan gomb, billenőkapcsoló és késes kapcsoló volt a különféle technológiai berendezések ki- és bekapcsolására. Így a feladatok megoldódtak távirányító technológiai paraméterek és berendezések.

A vezérlőpult felett (általában a falon) a technológiai folyamat mnemonikus diagramja volt látható technológiai eszközökkel, anyagáramlással és számos zöld, sárga és piros (vészhelyzeti) színű jelzőlámpával. Ezek a lámpák villogni kezdtek, amikor rendellenes helyzet állt elő. Különösen veszélyes helyzetekben lehetett jelentkezni hangjelzés(sziréna) az összes kezelő személyzet gyors riasztásához. Így kapcsolódnak a feladatok jelzés a technológiai előírások megsértése (a technológiai paraméterek aktuális értékeinek eltérése a beállított értékektől, berendezés meghibásodása).

A számítógépek megjelenésével a kezelőben/irányítóteremben természetes volt, hogy az információk gyűjtésével, nyilvántartásával, feldolgozásával és megjelenítésével, a vészhelyzetek azonosításával, a dokumentációk, jelentések vezetésével kapcsolatos funkciók egy részét átadják számítógépekre. Az első monokróm alfanumerikus kijelzővel rendelkező vezérlő számítógépek idejében a lelkes fejlesztők már "pszeudografikus" képeket készítettek ezeken a kijelzőkön – a prototípuson. modern grafika. A rendszerek ekkor is biztosították az információk gyűjtését, feldolgozását, megjelenítését, a parancsok és adatok kezelő általi bevitelét, a folyamatok archiválását és naplózását.

Szeretném megjegyezni, hogy a modern automatizálási szoftverek és hardverek megjelenésével a SCADA szoftverek, vezérlőpanelek és falmimikai diagramok alapján működő kezelői / diszpécser munkaállomások sem merültek a feledés homályába. Ahol a célszerűség megkívánja, a táblák és a vezérlőpanelek megmaradnak, de kompaktabbak lesznek.

Az UVM, majd a személyi számítógépek megjelenése bevonta a programozókat a kezelőfelület létrehozásának folyamatába. Jók a számítógépekben, a programozási nyelvekben és képesek összetett programokat írni. Ehhez a programozónak csak egy algoritmusra van szüksége (egy formalizált séma a probléma megoldásához). De az a baj, hogy a programozó általában nem birtokolja a technológiát, nem „érti” a technológiai folyamatot. Ezért az algoritmusok kidolgozásához technológusokat, például automatizálási mérnököket kellett bevonni.

Ebből a helyzetből a kiutat a „valódi programozás nélküli programozás” módszerek létrehozásában találták meg, amelyek nem csak egy programozó, hanem egy folyamatmérnök számára is érthetőek. Ennek eredményeként megjelentek az ember-gép interfész létrehozására szolgáló szoftvercsomagok (Man/Humain Machine Interface, MMI/HMI). Ezt a szoftvert külföldön SCADA-nak (Supervisory Control And Data Acquisition - felügyeleti / diszpécser vezérlés és adatgyűjtés) hívták, mivel a folyamatirányító rendszerekben lévő kezelői / diszpécser munkaállomások fejlesztésére és funkcionális támogatására szolgált. És a 90-es évek közepén a SCADA (SCADA) rövidítés magabiztosan megjelent az orosz automatizálási szakemberek lexikonjában.

Kiderült, hogy a különböző iparágak folyamatirányító rendszereihez szükséges legfelső szintű szoftverek készítői előtt álló feladatok többsége meglehetősen könnyen egységesíthető, mivel szinte minden gyártásnál az üzemeltető/diszpécser funkciói meglehetősen egységesek és könnyen formalizálhatók.

Így a SCADA rendszerek alapvető funkcióit előre meghatározza ennek a szoftvernek a vezérlőrendszerekben (HMI) betöltött szerepe, és szinte minden csomagban megvalósítják. Azt:

információgyűjtés alsóbb szintű eszközökről (érzékelők, vezérlők);

Kezelői/diszpécsereparancsok fogadása és továbbítása vezérlőknek és működtetőknek (objektumok távvezérlése);

Hálózati interakció a vállalkozás információs rendszerével (magasabb szolgáltatásokkal);

· a technológiai folyamat paramétereinek és a berendezések állapotának megjelenítése mnemonikus diagramok, táblázatok, grafikonok stb. könnyen érthető formában;

· az üzemeltető személyzet értesítése az ellenőrzött technológiai folyamattal, valamint az APCS hardver és szoftver működésével kapcsolatos veszélyhelyzetekről és eseményekről, a vészhelyzetekben végzett személyzeti intézkedések nyilvántartásával.

a kapott információk archívumban való tárolása;

Aktuális és felhalmozott (archív) adatok bemutatása grafikonok (trendek) formájában;

információ másodlagos feldolgozása;

Összefoglalók és egyéb jelentési dokumentumok kialakítása a tervezési szakaszban elkészített sablonok szerint.

A SCADA szoftveren alapuló interfészekkel szemben számos alapvető követelmény van:

Intuitívnak és kényelmesnek kell lennie az üzemeltető/diszpécsere számára;

· egyetlen operátori hiba nem okozhat hamis vezérlőparancsot az objektumnak.

A felügyeleti ellenőrzés és adatgyűjtés (SCADA Supervisory Control And Data Acquisition) a legfontosabb és jelenleg is a legígéretesebb módszer az összetett dinamikus rendszerek (folyamatok) automatizált vezérlésére a biztonság és megbízhatóság szempontjából létfontosságú és kritikus területeken. A diszpécservezérlés elvei alapján építenek nagy automatizált rendszereket az iparban és az energetikában, a közlekedésben, az űr- és katonai területeken, a különböző kormányzati szerveknél.

Az elmúlt 10-15 évben külföldön jelentősen megnőtt az érdeklődés a nagy hatékonyságú és nagy megbízhatóságú diszpécser-ellenőrző és adatgyűjtő rendszerek kiépítésének problémái iránt. Ez egyrészt a számítástechnika, a szoftver és a telekommunikáció területén elért jelentős előrelépésnek köszönhető, amely növeli az automatizált rendszerek lehetőségeit és bővíti a hatókörét. Másrészt az információs technológia fejlődése, az automatizálás mértékének növekedése, valamint a funkciók ember és berendezés közötti újraelosztása súlyosbította az emberi kezelő és a vezérlőrendszer közötti interakció problémáját. A legtöbb légi közlekedésben, szárazföldi és vízi közlekedésben, iparban és energetikában bekövetkezett balesetek és események kivizsgálása és elemzése, amelyek egy része katasztrofális következményekkel járt, azt mutatta, hogy ha a 60-as években az emberi hiba csak az események 20%-ának volt az eredeti oka (80%, illetve technológiai meghibásodásokra és meghibásodásokra), akkor a 90-es években az emberi tényező részaránya 80%-ra nőtt, és a technológiák folyamatos fejlesztése, valamint az elektronikai berendezések és gépek megbízhatóságának növekedése miatt ez az arány növekedhet.

Az ilyen trendek fő oka a komplex automatizált vezérlőrendszerek építésének régi, hagyományos megközelítése, amelyet manapság is gyakran alkalmaznak: elsősorban a legújabb műszaki (technológiai) vívmányok felhasználására összpontosítva, az automatizáltság fokának növelésére, ill. funkcionalitás rendszerek, és ezzel egyidejűleg a hatékony ember-gép interfész (HMI Human-Machine Interface) kiépítésének szükségességének alulbecslése, i. a felhasználóra (operátorra) orientált interfész. Nem véletlen, hogy az elmúlt 15 évben, i.e. A nagy teljesítményű, kompakt és olcsó számítástechnikai eszközök megjelenésének időszaka jelentette a csúcspontját az Egyesült Államokban a vezérlőrendszerek emberi tényezőjének problémáival foglalkozó kutatásoknak, beleértve a felügyeleti vezérlő és adatgyűjtő rendszerek architektúrájának és HMI interfészének optimalizálását.

A hatékony és megbízható diszpécserirányító rendszerek kiépítésének problémáival foglalkozó anyagok tanulmányozása megmutatta, hogy az ilyen rendszerek fejlesztése során új megközelítésre van szükség: emberközpontú tervezésre (vagy felülről lefelé, felülről lefelé), pl. elsősorban a humán operátorra (diszpécserre) és annak feladataira fókuszálva a hagyományos és széles körben elterjedt hardverközpontú (vagy alulról felfelé, alulról felfelé) helyett, amelyben a rendszer felépítése során a kiválasztáson volt a fő figyelem. valamint technikai eszközök (berendezések és szoftverek) fejlesztése. Az új megközelítés valós űr- és légiközlekedési fejlesztésekben való alkalmazása, valamint a rendszerek összehasonlító tesztelése a National Aeronautics and Space Administration (NASA), USA-ban megerősítette annak hatékonyságát, lehetővé téve az üzemeltetők termelékenységének növelését, az eljárási hibák nagyságrenddel való csökkentését és az eljárási hibák csökkentését. kritikus (nem javítható) hibák nullára.operátori hibák.

A SCADA meghatározása és általános felépítése

A SCADA egy távoli pontokból (objektumokból) valós idejű információk gyűjtésének folyamata a távoli objektumok feldolgozása, elemzése és lehetséges vezérlése céljából. A valós idejű feldolgozás követelménye abból adódik, hogy minden szükséges eseményt (üzenetet) és adatot el kell juttatni (kiadni) az üzemeltető (diszpécser) központi felületére. Ugyanakkor a valós idő fogalma eltérő a különböző SCADA rendszerekben.

A modern SCADA rendszerek prototípusa az automatizált vezérlőrendszerek fejlesztésének korai szakaszában a telemetria és a jelzőrendszerek voltak.

Minden modern SCADA rendszer három fő szerkezeti elemet tartalmaz:

Remote Terminal Unit (RTU) egy távoli terminál, amely valós időben dolgozza fel a feladatot (vezérlést). Megvalósítási skálája széles a primitív érzékelőktől, amelyek információkat gyűjtenek egy objektumról, a speciális, többprocesszoros hibatűrő számítástechnikai rendszerekig, amelyek kemény valós időben dolgozzák fel az információkat és a vezérlést. Konkrét megvalósítását az adott alkalmazás határozza meg. Az alacsony szintű információfeldolgozó eszközök alkalmazása lehetővé teszi a központi vezérlőteremmel történő kommunikációs csatornák sávszélességigényének csökkentését.

Master Terminal Unit (MTU), Master Station (MS) vezérlőterem (főterminál); adatfeldolgozást és kezelést végez magas szint, általában lágy (kvázi) valós időben; az egyik fő funkció, hogy interfészt biztosítson az emberi kezelő és a rendszer (HMI, MMI) között. Az adott rendszertől függően az MTU sokféleképpen megvalósítható egyetlen számítógéptől a kommunikációs csatornákhoz való csatlakozáshoz szükséges kiegészítő eszközökkel a nagy számítástechnikai rendszerekig (nagyszámítógépek) és/vagy kombinálható helyi hálózat munkaállomások és szerverek. Az MTU felépítésénél általában különféle módszereket alkalmaznak a rendszer megbízhatóságának és biztonságának javítására.

Kommunikációs rendszer (CS) kommunikációs rendszerre (kommunikációs csatornákra) van szükség a távoli pontokról (objektumokról, terminálokról) az üzemeltető-diszpécser központi interfészére történő adatátvitelhez, és a vezérlőjelek továbbításához az RTU-hoz (vagy távoli objektumhoz, az adott rendszerverziótól függően).

A SCADA funkcionális felépítése

A SCADA-ban kétféle távoli objektumkezelés létezik:

automatikus,
rendszerirányító kezdeményezi.

A felügyeleti ellenőrzési és adatgyűjtő rendszereknek négy fő funkcionális összetevője van:

emberi kezelő,
emberi interakciós számítógép,
számítógépes interakció a feladattal (tárggyal),
feladat (vezérlő objektum).

Az emberi kezelő funkciói a felügyeleti vezérlőrendszerben beágyazott hurkok halmazaként, amelyben az operátor:

megtervezi a következő lépéseket;
számítógépes rendszert tanít (programoz) a későbbi cselekvésekhez;
figyeli a rendszer (fél)automata működésének eredményeit;
beavatkozik a folyamatba olyan kritikus események esetén, amikor az automatizálás nem tud megbirkózni, vagy ha szükséges, a folyamatparaméterek beállítása (beállítása);
munkahelyi tanulás (tapasztalatszerzés).

A SCADA ezen ábrázolása volt az alapja a hatékony diszpécserrendszerek kiépítésére szolgáló modern módszerek kidolgozásának.

A SCADA, mint vezérlési folyamat jellemzői

Az irányítási folyamat jellemzői a modern diszpécserrendszerekben:

a SCADA folyamatot olyan rendszerekben használják, amelyekben egy személy (operátor, diszpécser) jelenléte kötelező;
a SCADA folyamatot olyan rendszerekre fejlesztették ki, amelyekben bármilyen helytelen cselekvés a vezérlőobjektum meghibásodásához (elvesztéséhez) vagy akár katasztrofális következményekhez vezethet;
a kezelő általában teljes felelősséggel tartozik a rendszer vezérléséért, amely normál körülmények között csak alkalmanként teszi szükségessé a paraméterek módosítását az optimális teljesítmény elérése érdekében;
az üzemeltető aktív részvétele az ellenőrzési folyamatban ritkán és előre nem látható időpontokban történik, általában kritikus események (meghibásodások, vészhelyzetek stb.) esetén;
A kritikus helyzetekben a kezelő tevékenysége időben szigorúan korlátozható (néhány perc vagy akár másodperc).

A diszpécser vezérlőrendszerek alapvető követelményei

A SCADA rendszerekkel szemben a következő alapvető követelmények vonatkoznak:

rendszer megbízhatóság (technológiai és funkcionális);
menedzsment biztonság;
az adatfeldolgozás és -megjelenítés pontossága;
a rendszer egyszerű bővítése.

A SCADA-ban a vezérlés biztonságára és megbízhatóságára vonatkozó követelmények a következők:

egyetlen berendezés meghibásodása sem okozhat hamis kimeneti műveletet (parancsot) a vezérlőobjektumnak;
egyetlen operátori hiba sem okozhat hamis kimeneti műveletet (parancsot) a vezérlő objektumon;
minden vezérlési műveletnek intuitívnak és kényelmesnek kell lennie a kezelő (diszpécser) számára.

A SCADA rendszerek alkalmazási területei

A diszpécserirányító rendszerek fő alkalmazási területei (külföldi források szerint):

villamos energia szállításának és elosztásának irányítása;
ipari termelés;
áramtermelés;
vízfelvétel, -kezelés és -elosztás;
olaj és gáz kitermelése, szállítása és elosztása;
űrobjektumok vezérlése;
közlekedésszervezés (mindenféle közlekedés: légi, metró, vasúti, közúti, vízi);
távközlés;
katonai terület.

Jelenleg a fejlett külföldi országokban a gazdaság különböző ágazataiban valóban fellendül az új rendszerek bevezetése és a meglévő automatizált vezérlőrendszerek korszerűsítése; ezek a rendszerek az esetek túlnyomó többségében a felügyeleti ellenőrzés és adatgyűjtés elvén alapulnak. Jellemző, hogy az ipari szektorban (a feldolgozó- és kitermelő iparban, az energiaiparban stb.) a leggyakrabban a meglévő termelő létesítmények korszerűsítése új generációs SCADA rendszerekkel kerül szóba. Megvalósítási hatás új rendszer a menedzsment a vállalkozás típusától függően több százezertől több millió dollárig terjed évente; például egy átlagos hőerőmű esetében a szakértők szerint 200 000 és 400 000 dollár között van. Nagy figyelmet fordítanak a környezeti veszélyt jelentő iparágak modernizálására környezet(vegyipari és nukleáris vállalkozások), valamint a települések életfenntartásában (vízellátás, csatornázás stb.) meghatározó szerepet játszók. A 90-es évek eleje óta intenzív kutatás és fejlesztés kezdődött az Egyesült Államokban a földi (közúti) közlekedési ATMS (Advanced Traffic Management System) automatizált vezérlőrendszereinek létrehozása területén.

A diszpécserirányító rendszerek műszaki eszközeinek fejlődési irányai

Általános trendek

Az információtechnológia terén elért haladás a felügyeleti irányítási és adatgyűjtő rendszerek RTU, MTU, CS mind a 3 fő szerkezeti elemének kifejlesztéséhez vezetett, ami jelentősen megnövelte a képességeiket; Így egy modern SCADA rendszerben a vezérelt távoli pontok száma elérheti a 100 000-et.
A technikai eszközök (hardver és szoftver) fejlesztésének fő tendenciája a SCADA migráció a teljes felé nyílt rendszerek. A nyílt architektúra lehetővé teszi, hogy egymástól függetlenül válasszon ki különböző rendszerkomponenseket a különböző gyártóktól; ennek eredményeként a SCADA rendszerek megnövekedett funkcionalitása, egyszerűbb karbantartása és alacsonyabb költsége.

Távoli terminálok (RTU)

A távoli terminálok fejlesztésének fő trendje a feldolgozási sebesség növekedése és az intellektuális képességeik növekedése. A modern terminálok mikroprocesszoros technológiára épülnek, valós idejű operációs rendszerek vezérlése alatt működnek, szükség esetén hálózatba kapcsolódnak, közvetlenül vagy hálózaton keresztül kölcsönhatásba lépnek a vezérlőobjektum intelligens elektronikus érzékelőivel és a felső szintű számítógépekkel .
Az RTU konkrét megvalósítása az alkalmazástól függ. Ezek lehetnek speciális (fedélzeti) számítógépek, beleértve a többprocesszoros rendszereket, a hagyományos mikroszámítógépeket vagy a személyi számítógépeket (PC-k); az ipari és közlekedési rendszerek esetében az RTU technológiában két versengő irány létezik - ipari (ipari) PC-k és programozható logikai vezérlők (orosz fordításban gyakran előfordul az ipari vezérlők kifejezés) PLC.

Ipari számítógépekáltalában olyan szoftverek, amelyek kompatibilisek a hagyományos kereskedelmi PC-gépekkel, de zord üzemi körülményekre adaptálva szó szerint a gyártásba, műhelyekbe, gázkompresszor állomásokba stb. Az alkalmazkodás nem korlátozódik tervezés, hanem az architektúrára és az áramkörre is, mivel a környezeti hőmérséklet változásai az elektromos paraméterek eltolódásához vezetnek. A vezérlőobjektummal való interfész eszközökként ezek a rendszerek elkészültek további díjak(adapterek) bővítmények, amelyek széles választékát kínálják a piacon a különböző gyártóktól (valamint maguktól az ipari PC-k szállítóitól). A Windows NT-t egyre gyakrabban használják operációs rendszerként az ipari számítógépeken, amelyek távoli terminálként működnek, beleértve a különféle, kifejezetten ehhez az operációs rendszerhez kifejlesztett valós idejű bővítményeket (további részletekért lásd alább).

Ipari vezérlők (PLC) speciális számítástechnikai eszközök, amelyeket a folyamatok (objektumok) valós idejű vezérlésére terveztek. Az ipari vezérlők számítástechnikai maggal és bemeneti-kimeneti modulokkal rendelkeznek, amelyek információt (jeleket) fogadnak érzékelőktől, kapcsolóktól, átalakítóktól, egyéb eszközöktől és vezérlőktől, és vezérlik a folyamatot vagy az objektumot úgy, hogy vezérlőjeleket adnak ki a meghajtóknak, szelepeknek, kapcsolóknak és egyéb működtetőknek. A modern PLC-k gyakran hálózatba kapcsoltak (RS-485, Ethernet, különféle típusú ipari buszok), ill szoftver A számukra kifejlesztett, a kezelő számára kényelmes formában lehetővé teszi a programozást és vezérlést a diszpécser vezérlőterem (MTU) SCADA rendszerének legfelső szintjén található számítógépen keresztül. A PLC-piackutatások kimutatták, hogy a Siemens, a Fanuc Automation (General Electric), az Allen-Bradley (Rockwell), a Mitsubishi vezérlői rendelkeznek a legfejlettebb architektúrával, szoftverrel és funkcionalitással. Érdekesség még a VEZÉRLŐ MIKROSZENDSZEREK gyártása, amelyek ipari vezérlők kőolaj- és gázmezők, csővezetékek, elektromos alállomások, kommunális vízellátás, szennyvízkezelés és környezetszennyezés elleni felügyeleti és vezérlőrendszerekhez.

Az ipari automatizálással kapcsolatos számos anyag és kutatás foglalkozik a két irány PC és PLC versenyével; mindegyik szerző nagyszámú érvet ad fel és ellene minden irányban. A fő tendencia azonban azonosítható: ahol fokozott megbízhatóság és kemény, valós idejű vezérlés szükséges, ott PLC-ket használnak. Ez mindenekelőtt az életfenntartó rendszerekben (például vízellátás, villamosenergia-ellátás), közlekedési rendszerekben, energetikai és ipari vállalkozásokban történő alkalmazásokat érinti, amelyek fokozott környezeti kockázatot jelentenek. Példa erre a Simatic (Siemens) PLC-család használata egy egysínű vasút energiagazdálkodásában Németországban, vagy az Allen-Bradley (Rockwell) vezérlők használata a Plutónium Plant 4 elavult vészszellőztető és légkondicionáló vezérlőrendszerének korszerűsítésére. Los Alamos. A PLC hardver lehetővé teszi a többszörös redundancián alapuló, hatékony hibatűrő rendszerek felépítését kritikus alkalmazásokhoz. Az ipari PC-ket főként kevésbé kritikus területeken használják (például az autóiparban, a General Motors gyártáskorszerűsítése), bár van példa kritikusabb alkalmazásokra is (varsói metró, vonatforgalom irányítása). Szakértők szerint a PLC alapú építési rendszerek általában olcsóbb megoldás az ipari számítógépekhez képest.

Kommunikációs csatornák (CS)

A modern diszpécserrendszerek kommunikációs csatornái nagyon változatosak; választás konkrét megoldás függ a rendszer architektúrától, a vezérlőterem (MTU) és az RTU közötti távolságtól, a vezérelt pontok számától, a sávszélesség és a csatorna megbízhatóság követelményeitől, a rendelkezésre álló kereskedelmi kommunikációs vonalak elérhetőségétől.

A CS, mint a SCADA rendszerek strukturális alkotóelemének fejlődési irányzatának nem csak a dedikált kommunikációs csatornák (ISDN, ATM stb.) széles skálájának, hanem a vállalati kommunikációs csatornák használatának is tekinthető. számítógépes hálózatokés speciális ipari gumiabroncsok.

A modern ipari, energia- és közlekedési rendszerekben az ipari buszok nagy népszerűségre tettek szert - speciális, nagy sebességű kommunikációs csatornák, amelyek lehetővé teszik a kapcsolatok megbízhatóságának és zajvédelmének problémájának hatékony megoldását az automatizálás különböző hierarchikus szintjein. Az ipari buszoknak három fő kategóriája van, amelyek a rendeltetésüket (a rendszerben elfoglalt helyüket) és a továbbított információ összetettségét jellemzik: Érzékelő, Eszköz, Mező. Sok ipari gumiabroncs két vagy akár mindhárom kategóriát is magában foglal.

A világszerte használt ipari buszok sokfélesége közül (csak Németországban körülbelül 70 típusba vannak beépítve különféle rendszerekbe) ki kell emelni az Ethernet és a PROFIBUS ipari verzióját, amelyek jelenleg a legnépszerűbbek, és úgy tűnik, legígéretesebb. A speciális protokollok használata az ipari Ethernetben lehetővé teszi az ebben a buszban rejlő non-determinizmus elkerülését (a CSMA / CD előfizetők hozzáférési módja miatt), és egyúttal kihasználja előnyeit nyílt interfészként. A PROFIBUS busz jelenleg az egyik legígéretesebb ipari és közlekedési vezérlőrendszerekben való felhasználásra; nagysebességű (12 Mbaud-ig) zaj-immun adatátvitelt (kódtávolság = 4) biztosít akár 90 km-es távon. Ennek a busznak az alapján épült ki például a varsói metró automatizált vonatforgalom-ellenőrző rendszere.

Vezérlőszobák (MTU-k)

Az MTU (dispatching control rooms) fejlesztésének fő irányvonala a SCADA rendszerek legtöbb fejlesztőjének átállása a 4 funkcionális komponensből álló kliens-szerver architektúrára.

1. Felhasználói (kezelői) felület(User/Operator Interface) a SCADA rendszerek kritikus összetevője. Jellemzője a) a felhasználói felület szabványosítása több platformon; b) a Windows NT egyre növekvő befolyása; c) szabványos grafikus felhasználói felület (GUI) használata; d) objektum-orientált programozási technológiák: DDE, OLE, Active X, OPC (OLE for Process Control), DCOM; e) szabványos alkalmazásfejlesztő eszközök, amelyek közül a legnépszerűbbek, Visual Basic alkalmazásokhoz (VBA), Visual C++; f) a SCADA/MMI osztályú szoftverek kereskedelmi verzióinak megjelenése a feladatok széles körére. Az objektumfüggetlenség lehetővé teszi a felhasználói felület számára, hogy más rendszerek által létrehozott virtuális objektumokat ábrázoljon. Az eredmény a HMI interfész optimalizálásának lehetőségeinek bővülése.

2. adatkezelés(adatkezelés) a rendkívül speciális adatbázisoktól a legtöbb vállalati relációs adatbázis támogatása felé való elmozdulás ( Microsoft SQL, Oracle). Adatkezelési és jelentési funkciókat látnak el szabvány azt jelenti SQL, 4GL; ez az adatfüggetlenség elszigeteli az adathozzáférési és -kezelési funkciókat a SCADA-céloktól, lehetővé téve a könnyű fejlesztést további alkalmazások az adatelemzésről és -kezelésről.

3. Hálózatépítés és szolgáltatások(hálózatok és szolgáltatások) áttér a szabványos hálózati technológiák és protokollok használatára. Hálózatkezelési, védelmi és hozzáférés-ellenőrzési szolgáltatások, tranzakciók figyelése, levelek továbbítása, a rendelkezésre álló erőforrások (folyamatok) átvizsgálása kódtól függetlenül elvégezhető célprogram A SCADA-t egy másik gyártó fejlesztette ki.

4. Valós idejű szolgáltatások(valós idejű szolgáltatások) A fent felsorolt komponensek terhelése alól felszabaduló MTU lehetővé teszi, hogy a valós idejű és kvázi valós idejű feladatok teljesítménykövetelményeire koncentráljunk. Ezek a szolgáltatások nagysebességű processzorok, amelyek kezelik az információcserét az RTU és SCADA folyamatokkal, kezelik az adatbázis rezidens részét, értesítést küldenek az eseményekről, végrehajtanak rendszerkezelési műveleteket, eseményekkel kapcsolatos információkat továbbítanak a felhasználói (operátori) felületre.

Operációs rendszer

Annak ellenére, hogy a felügyeleti rendszerek szakértői között folyik a vita arról, melyik a jobb UNIX vagy Windows NT? , a piac egyértelműen az utóbbi mellett döntött. A Windows NT népszerűségének gyors növekedése szempontjából kritikus volt a nyitott architektúrája és hatékony eszközök alkalmazásfejlesztés, amely lehetővé tette számos fejlesztő számára, hogy szoftvertermékeket hozzon létre a problémák széles körének megoldására.

Növekedés Windows alkalmazások Az NT az automatizált vezérlőrendszerekben nagyrészt annak köszönhető, hogy számos olyan szoftver termékek, amelyek lehetővé teszik, hogy platformként használják kritikus alkalmazások létrehozásához valós idejű rendszerekben, valamint beágyazott konfigurációkban. A Windows NT leghíresebb valós idejű bővítményei a VenturCom, a Nematron, a RadiSys termékei.

A VenturCom megoldásai de facto szabványokká váltak a kritikus fontosságú, kemény valós idejű alkalmazások Windows NT platformon történő építéséhez. A vállalat fejlesztői a valós idejű alkalmazások interfészének fejlesztése során a hardveres absztrakciós réteg (HAL Hardware Abstraction Layer) Windows NT moduljának módosítását választották, amely a magas prioritású rendszermegszakítások generálásáért felelős, amelyek zavarják a valós idejű vezérlés. A VenturCom Component Integrator egy felgyorsított fejlesztési és telepítési eszköz a Windows NT valós idejű alkalmazásaihoz; integrált csomagként érkezik, amely beágyazott alkalmazások létrehozására szolgáló eszközöket (ECK Embedded Component Kit) és tényleges valós idejű bővítményeket (RTX 4.1) tartalmaz, amelyek lehetővé teszik a Windows NT számára készített alkalmazások valós idejű működését.

A RadiSys más megközelítést alkalmaz a valós idejű bővítmények fejlesztésében: a Windows NT rendszerindítása alacsony prioritású feladatként a jól bevált és jól ismert iRMX valós idejű operációs rendszer alatt 20 éve. Minden valós idejű feldolgozási és vezérlési funkció magas prioritású feladatként valósul meg az iRMX alatt, a memóriában elkülönítve az alkalmazásoktól és Windows illesztőprogramok NT processzor védelmi mechanizmus. Ennek a megközelítésnek az az előnye a VenturCom megoldással szemben, hogy a valós idejű feladat nem függ a Windows NT működésétől: meghibásodás vagy katasztrófa esetén rendszer hiba Windows NT rendszeren a valós idejű vezérlési feladat továbbra is fut. Ez a megoldás lehetővé teszi, hogy a fő feladatot tájékoztassa az NT működése során felmerült problémákról, és magára hagyja a jogot a munka folytatására vagy a teljes rendszer leállítására.

Megjegyzendő, hogy a SCADA rendszerekben a kemény valós idő követelménye (azaz az események jól meghatározott, garantált időközönkénti válaszadási/feldolgozási képessége) általában csak a távoli terminálokra vonatkozik; az irányítótornyokban (MTU) az események (folyamatok, objektumok) feldolgozása/kezelése soft (kvázi) valós idejű módban történik.

Alkalmazás szoftver

A nyílt architektúrákra való összpontosítás a felügyeleti vezérlő és adatgyűjtő rendszerek építése során lehetővé teszi, hogy a rendszerek fejlesztői közvetlenül a SCADA adatgyűjtés és -feldolgozás, monitorozás, eseményelemzés, vezérlés, HMI interfész megvalósításának célfeladatára koncentráljanak.

Az automatizált vezérlőrendszerek célszoftverét általában maguk a beszállítók fejlesztik egy adott alkalmazáshoz.

A diszpécser vezérlés hardver-szoftver komplexuma (APK-DK) a diszpécser vezérlési funkciók legújabb megvalósítása a modern műszaki színvonalon.

A számítástechnika alkalmazása nemcsak a vonatdiszpécser számára bővítette az APK-DK rendszer funkcionalitását, hanem lehetővé tette a RAT rendszerek műszaki eszközeinek állapotfigyelésének fő feladatainak megoldását is a szakaszokon és állomásokon. diszpécser részleg.

Így az APK-DK rendszernek kettős célja van, és a következőket kínálja:

- a vasúti szakaszok állapotára, a közlekedési lámpákra és egyéb eszközökre vonatkozó fogási jelzési pontokra vonatkozó információk azonnali gyűjtése és az állomásokra történő továbbítása a vonat helyzetének ellenőrzésére és a vontatási eszközök műszaki diagnosztikájára;
- üzemi információgyűjtés az állomásokon a pályalétesítmények és műszaki eszközök állapotáról és a jelző-, kommunikációs és számítástechnikai eszközök távolságának vonatdiszpécsere és diszpécsere részére történő átadása;
- a végrehajtható forgalmi menetrend karbantartásával kapcsolatos információk feldolgozása és megjelenítése a felhasználók számára; a vonat aktuális helyzetére vonatkozó előrejelzési menetrend kiszámítása; telephelyi teljesítménymutatók számítása és tanúsítványok kiállítása; a szakasz hamis ürességének és a vonatok veszélyes konvergenciájának logikus meghatározása; elemzi az eszközök működését; eszközök meghibásodás előtti állapotának meghatározása; hiba észlelése; keresés optimalizálás és hibaelhárítás; események archiválása és helyreállítása; statisztika és eszközforrások elszámolása.

Az állomásokon, vagyis a szállítási folyamat irányításának első (alsó) szintjén (3.1. ábra) történik a desztillációs és állomási eszközök állapotára vonatkozó információk gyűjtése, átalakítása és koncentrálása. Továbbá ez az információ az állomási ügyeletes és az ügyeletes villanyszerelő munkaállomásain is megjeleníthető, de szükségszerűen a második irányítási szintre, pl. a vonatdiszpécserhez, valamint a jelzési, hírközlési és számítástechnikai távolsági diszpécser munkaállomásához.

A ZHAT rendszerek desztilláló berendezéseinek állapotát speciális vezérlők alapján készült jelpontvezérlő automaták (AKST) szabályozzák. A legelterjedtebb az AKST-SChM blokk, amely egy frekvenciagenerátor, amely a vezérelt objektumok állapotának megfelelően ciklikus nyolcimpulzusos frekvenciacsomagokat generál a kommunikációs vonalra. Nyolc kimeneti impulzussal, az impulzusok és szünetek (intervallumok) időtartamának manipulálásának köszönhetően az AKST-FM lehetővé teszi hét diszkrét érzékelő (relé) és két küszöbérzékelő állapotának vezérlését.

3.1. ábra – Az APK DK rendszer szerkezeti diagramja

Az APK-DK tervezésekor az egyes AKST-SChM-ek által vezérelt paraméterek listája kerül meghatározásra.

Automatikus blokkoló rendszerek esetén a paraméterek a következő listából kerülnek kiválasztásra: a fő tápellátás hiánya a jelponton; tartalék energia hiánya; a vörös tűzlámpa főszálának kiégése; a piros fénylámpa tartalék izzószálának kiégése; a megengedő lámpa izzószálának kiégése; megállapított mozgásirány; a szigetelő csatlakozás leereszkedése; a BS-DA egység állandó feszültségének elvesztése; tömbtelek foglalkoztatás; az AKST-SChM vagy a DSM vonal meghibásodása; mindkét tápegység elvesztése akkumulátoros tartalékkal rendelkező létesítményekben; vészhelyzeti hiba.

A tervezés során minden AKST-FM-hez be kell állítani egy vivőfrekvenciát (oszcillátor hangolási frekvenciát), mivel minden AKST fogás közös fizikai vonalon működik a csatornák frekvenciaosztásával.

Akár 30 AKST-FM is működhet egy fizikai áramkörön a következő frekvenciaelválasztással.

Az állomásokon (vonalpontokon) az AKST-SChM-től érkező információkat a megfelelő hubok (ipari számítógép) veszik és elemzik. Szerkezetileg a rendszer egy adatlekérő eszközből és egy tőle kb. 1 km távolságra lévő tolató diszpécser munkahelyből áll. A kommunikáció négyvezetékes vonalon történik.

A MicroPC adatfelvevő eszközként használatos, amely tartalmazza:

1) 5025A processzorkártya;
2) két 5600-as diszkrét I/O kártya;
3) négy OPTO RAC, amelyek speciális módon vannak csatlakoztatva különálló érzékelőkhöz.

Megjegyzendő, hogy a három parkot (fogadóparkot, válogatóparkot és indulási parkot) magában foglaló rendezőudvar mindössze egy felének munkájának ellenőrzéséhez mintegy másfél ezer objektum ellenőrzésére van szükség. Ha ezt a számot megszorozzuk egy Crayhill optocsatoló modul költségével, akkor körülbelül 15 000 dollárt kapunk. A fejlesztők száma jelenleg sajnos nem kicsi. Ezért a fejlesztők úgy döntöttek, hogy a bemeneti mátrixot szabványos USO modulok segítségével szervezik. Az ár azonnal nagyságrenddel csökkent, a G4IDC5 típusú 96. I / O modulok kerültek. Magát a mátrixot kellett kifejlesztenem és legyártanom, de ennek költségei összehasonlíthatatlanul alacsonyabbak lettek, mintha a problémát "fejjel" megoldották volna. Az optocsatoló mátrix egy moduláris felépítés, amelynek mindegyik modulja lehetővé teszi 16 különálló DC vagy AC jel csatlakoztatását 12-30 V feszültséggel. A modulokat az "alaplapra" szerelik fel olyan csatlakozók segítségével, amelyek viszont szabványos OCTAGON SYSTEMS kábelekkel csatlakozik az OPTO RAC-okhoz. A tolatási diszpécser munkahelye egy IBM AT típusú PC-n van megvalósítva, négy monitort támogató többterminális videokártyával. A hardver meghatározása után a fejlesztők azzal a kérdéssel szembesültek, hogy válasszanak-e olyan operációs rendszert (OS), amely alatt a DC rendszer működni fog. Az egyenáramú rendszer funkcióira vonatkozó követelmények alapján arra a következtetésre juthatunk, hogy ennek az operációs rendszernek kell

legalább a következő jellemzőkkel rendelkezik:

- multitasking támogatása;
- többjátékos mód;
- méretezhetőség;
- nagy teljesítményű;
- valós időben dolgozni;
- nagy mennyiségű adat megbízható és maximálisan gyors továbbítása alacsony sebességű és nem túl jó minőségű kommunikációs csatornán;
- különböző hardvereszközök egyszerű csatlakoztatása;
- korlátozott rendszererőforrásokon dolgozni;
- megbízható fájlrendszer;
- a programok verzióinak távoli megváltoztatásának lehetősége;
- Más rendszerekkel való integráció lehetősége.

A QNX operációs rendszer rendelkezik a fenti tulajdonságokkal, amelyek

meghatározta a DC rendszer megvalósításának működési környezetét. A multitasking azért szükséges, mert a DC rendszernek egyidejűleg több, egymással kölcsönhatásban álló feladatot kell végrehajtania, nevezetesen:

- gyűjtés és elsődleges feldolgozás adat;
- adatrelé;
- a vonat helyzetének kijelzése;
- hibák nyilvántartása;
- technológiai helyzetek rögzítése;
- üzenetek fogadása a Számítástechnikai Központtól;
- Munkakönyv vezetése.

A QNX-ben megvalósított üzenetcsere-mechanizmus igen nagy teljesítményű, ennek alapján az egyenáramú rendszer kliens-szerver technológiában valósult meg, ami növeli a működés megbízhatóságát és lehetővé teszi mind az adatgyűjtők, mind az információfogyasztók számának alacsony költséggel történő növelését. A többfelhasználós mód támogatása azért szükséges, mert egyszerre több felhasználó is dolgozhat a rendszerben. További felhasználói munkaállomások bekötését helyi hálózat alapján tervezik megvalósítani, melynek egyik csomópontja a tolatási diszpécser munkahelye lesz. A QNX több hálózati szabvány támogatása választási lehetőséget kínál: Ethernet, Arcnet, Token Ring stb.

A nagy teljesítmény és a valós idejű működés követelménye egyértelművé válik, ha figyelembe vesszük a felügyelt érzékelők számát és a leolvasásuk meghatározott gyakoriságát - másodpercenként legalább 5 alkalommal. Ráadásul szinte minden szavazásnál több tucat érzékelő állapotában változás következik be. A fejlesztőknek sikerült megoldaniuk a kommunikációs csatornán keresztüli megbízható adatátvitel problémáját a pickup eszköz és a diszpécser munkahelyének a QNX hálózathoz való csatlakoztatásával, amely lehetővé tette a rendszer hálózati protokolljának használatát és ennek az adatátviteli közegtől független megvalósítását. alkalmazási programok. A soros kapcsolaton keresztüli hálózat meglehetősen stabil 4800 baud mellett. A hálózati átviteli sebesség növelésére a hálózati illesztőprogram által megvalósított adattömörítési/kitömörítési mechanizmust alkalmaztuk, amely átlátható az alkalmazásprogramok számára.

Nem ment minden nehézség nélkül. A QNX OS garantálja, hogy ha egy feladat blokkolva van az üzenet átvitele közben, a rendszer egy idő után automatikusan feloldja a blokkot, és hibakódot küld vissza. Sajnos ez a mechanizmus nem mindig működik. A feladat ebben az állapotban korlátlanul lóghat. hosszú ideje. A fejlesztőknek programozottan kellett nyomon követniük és korrigálniuk ezt a helyzetet. Véleményük szerint ennek oka lehet a hiba jelenléte hálózati illesztőprogram Net.fd 4.22-es verziója, és amikor átvált a 4.23-as verzióra, akkor megszabadulhat tőle. Az a vágy, hogy egy olyan rendszert hozzanak létre, amely nincs mereven kötve bizonyos hardverekhez, ahhoz vezet, hogy eszközillesztőket kell írni. Aki DOS alatt írt és hibakeresett eszközillesztőket, az tudja, hogy különösen kényelmetlen, hogy az illesztőprogramok és az alkalmazási programok operációs rendszere eltérő. Ami a QNX-et illeti, az illesztőprogramok írása és hibakeresése nem különbözik más programok írásától és hibakeresésétől. A szoftver interfész minden programnál közös. Elég gyorsan megírták az Octagon 5600 alaplaphoz és a többképernyős videokártyához illesztőprogramokat. Mivel a QNX nagyszámú eszközkezelőt és különféle illesztőprogramokat tartalmaz, sok esetben egyszerűen használhatja a nyújtott szolgáltatást, nem pedig saját szoftvert fejleszt. Szabványos soros csatornakezelőt használtak a modem csatlakoztatására és a hálózat megszervezésére a pickup eszköz és a diszpécser munkaállomása között.

A QNX kis mérete és moduláris felépítése miatt lehetővé vált az operációs rendszer Micro PC-re történő telepítése. OS kernel, hálózati támogatási modul, beágyazott kezelő fájlrendszerés alkalmazási programok mindössze 256 Kb flash memóriába és 100 Kb statikus RAM-ba sikerült beleférnie. Kicsit több mint 1 MB-ot igényel véletlen hozzáférésű memória. A szoftver telepítése a Micro PC-re a praktikus EKit eszközzel történt, amely egy csomag a QNX beágyazott rendszerekbe történő telepítéséhez. A programverziók távoli megváltoztatásának lehetősége esetünkben elengedhetetlen, hiszen a működési módban lévő Micro PC-nek nincs képernyője, billentyűzete, lemezmeghajtója. A QNX hálózaton található fájlokhoz való átlátható hozzáférés nagyban leegyszerűsíti a munkát, az Efsys beágyazott fájlrendszer-kezelője pedig lehetővé teszi a flash memória és a statikus RAM átprogramozását a szokásos fájlmásolási paranccsal. A felülírás után lehetőség van a szoftver újraindítására távoli számítógép frissített verzióval. A szoftver-újraindítás megszervezésével a fejlesztőknek akadtak problémák. A megvalósítási kísérlet szinte mindig oda vezetett, hogy az újraindított gép szorosan lógott. Ezt a nehézséget úgy sikerült megkerülnünk, hogy az operációs rendszer képének generálásakor beállítottuk a "hot" boot törlését. Az egyenáramú rendszer tervezőire háruló egyik fő feladat az volt, hogy biztosítsák a meglévőkkel való integráció lehetőségét. szoftverfejlesztés. Ezen fejlesztések egyikeként említhetjük a végrehajtott mozgás ütemezésének karbantartására szolgáló rendszert, amelyet más fejlesztők implementáltak Windows környezet NT. Figyelembe véve a védett protokollok DOS alatti megvalósítása során szerzett negatív tapasztalatokat, úgy döntöttek, hogy csak szabványos protokollokat használnak a dokkoláshoz. De facto ilyen szabványos protokollok a TCP/IP protokollcsalád, ami egy másik nyomós érv volt a támogatásukat biztosító rendszer mellett. A QNX-hez készült TCP/IP-csomag nemcsak Socket API-szintű programozási lehetőséget biztosít a fejlesztőnek, hanem a hálózati fájlrendszer (NFS), az ONC szabványban szereplő távoli eljáráshívások (RPC) előnyeinek kihasználását is. hasznos szolgáltatások, mint például a telnet és az ftp. A fejlett hardver- és szoftvertechnológiák alapján megvalósított egyenáramú rendszer segíti a diszpécsert a megbízható információk megszerzésében, és nagyban megkönnyíti az állomás üzemi működésének irányítását. A munka nyilvántartása lehetővé teszi a "szűk keresztmetszetek" felderítését és a felesleges anyagköltségek elkerülését. A jövőben számos, még mindig manuálisan kitöltött dokumentum automatikus generálása lesz a feladat.

technológiai folyamatok

Egy tipikus SCADA rendszerarchitektúrában két szint jól látható:

helyi vezérlő szint , érzékelőkön és aktuátorokon keresztül kölcsönhatásba lép a vezérlőobjektummal;

operatív irányítási szint technológiai folyamat, melynek fő összetevői a szerverek, az üzemeltetők/diszpécserek munkaállomásai, a szakemberek munkaállomásai.

Megkülönböztetni alapvetőés alkalmazott szoftver (1. ábra).

Rizs. 1. A vezérlőrendszer szoftveres eszközeinek osztályozása.

Az ilyen problémák megoldásához ajánlott használni OS valós idő(RTOS). Az ilyen operációs rendszereket néha determinisztikusnak nevezik, ami egy adott időn belül garantált választ jelent. A legtöbb mikroprocesszoros eszköz (beleértve a vezérlőket és a számítógépeket is) a processzormegszakítási mechanizmust használja. Valós idejű operációs rendszerben, szemben az operációs rendszerrel Általános rendeltetésű(végrehajtási időt nem garantál), a megszakítások prioritást kapnak, maguk a megszakítások pedig garantált időn belül feldolgozásra kerülnek.

Az operációs rendszer kiválasztása a valós idejű követelmények súlyosságától függ. A vezérlőrendszer reakciója szempontjából kritikus fontosságú feladatokhoz jelenleg valós idejű operációs rendszereket használnak, mint pl OS9,QNX, vxworks. A kevésbé szigorú valós idejű követelményekkel rendelkező rendszerekben lehetőség van a Windows NT / CE verzióinak, vagy inkább azok valós idejű kiterjesztésének használatára.

OS-9 a Unix-szerű valós idejű operációs rendszerek osztályába tartozik, és a Unix környezet számos ismerős elemét kínálja. Az OS-9 összes funkcionális összetevője, beleértve a kernelt, a hierarchikus fájlkezelőket, az I/O rendszert és a fejlesztőeszközöket, független modulként valósult meg. E modulok kombinálásával a fejlesztő a konfigurációk széles skálájával hozhat létre rendszereket – a miniatűr önálló magoktól, ROM-alapú vezérlőktől a teljes körű, többfelhasználós fejlesztőrendszerekig.

Az OS-9 biztosítja a valós idejű operációs rendszerek összes alapvető funkcióját: megszakításkezelés, intertask információcsere és feladatszinkronizálás.

Operációs rendszer QNX amelyet a kanadai QNX Software Systems Ltd. cég fejlesztett ki. az egyik legszélesebb körben használt valós idejű rendszer. A QNX néhány tíz mikroszekundumtól néhány ezredmásodpercig terjedő válaszidőt garantál (a számítógép sebességétől és a QNX verziójától függően). Ezenkívül a QNX nagy hatékonyságát a valós idejű vezérlési feladatokban olyan funkciók biztosítják, mint a multitasking (akár 250 feladat egy csomóponton), a rendszermagba épített hálózati lehetőségek, rugalmas megszakítás- és prioritáskezelés, feladatok végrehajtásának lehetősége. védett és háttér módban.

A QNX operációs rendszer a folyamatvezérlő rendszerek alsó szintjén (OS a vezérlőkhöz) és a felső szinten (OS a SCADA szoftverekhez) egyaránt alkalmazásra talált.

Valós idejű operációs rendszer VxWorks„kemény” valós idejű rendszerekben működő beágyazott számítógépek szoftverfejlesztésére tervezték. A VxWorks operációs rendszer a Wind River Systems Tornado eszközkörnyezetet is tartalmazza alkalmazásszoftver-fejlesztő eszközökkel. Fejlesztését egy műszeres számítógépen hajtják végre a Tornado környezetben, a későbbi végrehajtáshoz a VxWorks-t futtató célszámítógépen (vezérlőn).

VxWorks OS támogatja egész sor számítógépes platformok, köztük Intel 386/486/Pentium, PowerPC, DEC Alpha. A Tornado munkaasztal által támogatott platformok közé tartozik a Sun (Solaris), a HP 9000/400 700, a DEC Alpha, a PC (Windows 95 és NT) és mások.

Operációs rendszer ablakok mindenki számára ismerős asztali rendszerként. De ez elsősorban a Windows 3.xx/95 platformokra vonatkozik, amelyekről valóban hiányzik a valós idejű támogatás. A helyzet drámaian megváltozott a Windows NT megjelenésével. A Windows NT önmagában számos funkciója miatt nem valós idejű operációs rendszer. A rendszer támogatja a hardveres (nem pedig szoftveres) megszakításokat, nincs prioritásos feldolgozása a halasztott eljárásoknak stb. A 20. század végén azonban számos vállalat komoly kísérletet tett arra, hogy a Windows NT-t kemény valós idejű operációs rendszerré alakítsa. . És ezeket a próbálkozásokat siker koronázta. A VenturCom kifejlesztette a Real Time Extension (RTX) modult, egy valós idejű (RT) alrendszert a Windows NT rendszerhez. Ennek az alrendszernek saját ütemezője van 128 megszakítási prioritással, amely független az NT-től. A maximális megszakítási válaszidő 20-80 µs, függetlenül a processzor terhelésétől. Most az időzítő minden megszakításával a prioritás átkerül az időkritikus feladatokra. És a munkájukból hátralévő időben „lassú” folyamatok hajthatók végre: bemenet / kimenet, munka a lemezzel, hálózattal, grafikus felülettel stb.

32 bites ablakokCE a Microsoft készítette kis számítógépekhez (számítógépekhez), de számos előnye miatt elkezdte követelni a szokásos valós idejű operációs rendszer szerepét. Ezek az előnyök a következők:

nyitottság és egyszerű dokkolás a Windows család más operációs rendszereivel;

reakcióidő 500 μs nagyságrendű;

jelentősen alacsonyabb memóriaigény a többi Windows operációs rendszerhez képest, és lehetőség van lemez nélküli rendszerek építésére.

1999-ben pedig a Windows CE-t először a Koyo Direct telepítette a microPLC platformra.

A szoftver és hardver operációs rendszerének kiválasztása legmagasabb szint A folyamatirányítási rendszert az alkalmazási feladat határozza meg (nyilvános operációs rendszer vagy RTOS). De a legnépszerűbbek és legelterjedtebbek a Windows különféle verziói (Windows NT/2000). Legfelsőbb szintű szoftverekkel és hardverekkel vannak felszerelve a folyamatirányító rendszerek számára, amelyeket különféle kapacitású és konfigurációjú személyi számítógépek (PC-k) képviselnek - üzemeltetők / diszpécserek és szakemberek munkaállomásai, adatbázis-kiszolgálók (DB) stb.

Ez a helyzet a modern információs és mikroprocesszoros technológiák fejlődésének számos okának és tendenciájának eredményeképpen alakult ki.

Íme néhány fő érv a Windows mellett:

A Windows nagyon elterjedt a világon, beleértve Oroszországot is, ezért könnyű olyan szakembert találni, aki az ezen az operációs rendszeren alapuló rendszereket kísérné;

ez az operációs rendszer számos olyan alkalmazással rendelkezik, amelyek megoldást kínálnak az információfeldolgozás és -megjelenítés különféle problémáira;

A Windows operációs rendszer és a Windows alkalmazások könnyen megtanulhatók, és tipikus intuitív felülettel rendelkeznek;

A Windows-alapú alkalmazások támogatják a nyilvános kommunikációs szabványokat;

A Windows alapú rendszerek könnyen kezelhetők és fejleszthetők, így költséghatékonyak mind a támogatás, mind a fokozatos növekedés tekintetében;

A Microsoft gyors ütemben fejleszti az információs technológiát (IT) a Windows rendszerhez, amely lehetővé teszi a platformot használó vállalatok számára, hogy lépést tudjanak tartani a korral.

Az 1990-es években a QNX valós idejű operációs rendszer széles körben elterjedt. Számos példa van a QNX használatára a folyamatvezérlő rendszerek hierarchikus struktúrájának minden szintjén (a vezérlőktől a szerverekig és munkaállomásokig). De az elmúlt években a cég tevékenysége a SCADA rendszerek piacán jelentősen csökkent, ami e szoftvertermék értékesítési számának csökkenéséhez is vezetett. Ez azzal magyarázható, hogy még 1995-ben a QNX Software Systems Ltd. bejelentette „kilépését” a beágyazott rendszerekben.

A vezérlőrendszer fejlesztése szempontjából olyan szoftverarchitektúra előnyösebb, amelyben az összes vezérlési szint szoftvere egyetlen operációs rendszerben valósul meg. Ebben az esetben a vezérlőrendszer különböző szoftverelemeinek vertikális interakciójával kapcsolatos összes probléma „automatikusan” eltávolításra kerül. De a gyakorlatban ez messze nem így van. A kifejlesztett irányítási és irányítási rendszerekben gyakran az alsó és felső szint különböző operációs rendszerekben valósul meg. A legjellemzőbb helyzet pedig az, amikor vezérlő szinten valós idejű operációs rendszert használnak, és a SCADA rendszer Windows NT alatt működik operátor/diszpécsere szinten. Nem nélkülözhetjük az alrendszerek közötti interakció megszervezésére szolgáló speciális megoldásokat.

A vezérlőrendszer működéséhez még egyfajta szoftverre van szükség - alkalmazottszoftver(PPO).

Kétféle módon lehet vezérlőrendszerekhez alkalmazásszoftvert fejleszteni:

saját alkalmazásszoftver létrehozása az eszközök segítségével

hagyományos programozás (standard nyelvek

programozás, hibakereső eszközök stb.);

felhasználás a meglévő alkalmazásszoftverek fejlesztésére

(gyártott) eszközök.

Az első lehetőség a leginkább munkaigényes. A magas szintű nyelvek használata megköveteli a fejlesztők megfelelő képesítését a programozás elméletében és technológiájában, egy adott operációs rendszer jellemzőinek ismeretét, a hardver (vezérlők) finomságait. A fő kritériumok - költség és fejlesztési idő - szempontjából ez a lehetőség a legtöbb esetben elfogadhatatlan.

A második lehetőség előnyösebb. Miért? Hanem azért, mert ma már több tucat műszerrendszert hoztak létre a világon, jól támogatott, kifejlesztett és több tíz- és százezer automatizálási projekt létrehozásában használt. Ezek a jól bevált szoftvereszközök leegyszerűsítik (az interfészfejlesztők nem magas szintű programozók, hanem automatizálási szakemberek), felgyorsítják és jelentősen csökkentik a fejlesztési folyamatot.

Az alkalmazási terület szempontjából a kész eszközök két osztályba sorolhatók:

menedzsment programok fejlesztésére összpontosító eszközök külső eszközök, vezérlők - ÜGY-rendszerek ( Számítógéppel segített szoftverfejlesztés);

az üzemeltető / diszpécser interfészének biztosítására összpontosító eszközök a vezérlőrendszerrel - SCADA-rendszerek ( Felügyeleti ellenőrzés és adatgyűjtés- felügyeleti ellenőrzés és adatgyűjtés).

A vezérlőnek szüksége van program, amely szerint kölcsönhatásba lép a tárggyal. Egyes esetekben csak egy objektumból történő adatgyűjtésről beszélünk, másokban - logikai vezérlésről (például zárak végrehajtásáról). Végül a vezérlő egyik fő alkalmazása az egyes paraméterek vagy a technológiai berendezés (folyamat) egészének folyamatos szabályozási funkcióinak megvalósítása.

Az épületautomatizálási rendszerekhez berendezéseket gyártó cégek mindig is igyekeztek termékeiket olyan szoftveres eszközökkel kísérni, amelyekkel a felhasználó bizonyos szabályok és megállapodások szerint leírhatta a vezérlő logikáját. Ezen szoftvereszközök fejlesztésének korai szakaszában az általuk támogatott funkciókat nem szabványos nyelvek biztosították. Idővel a szabályokat és megállapodásokat továbbfejlesztették, és egy bizonyos szakaszban speciális programozási nyelvek formájában formalizálták őket, így kialakult az ún. ÜGY-hangszerelés.

1992-ben a Nemzetközi Elektrotechnikai Bizottság (IEC, IEC – International Electrotechnical Commission,) vette át az irányítást az ilyen típusú alkalmazásszoftverek fejlesztésével kapcsolatos folyamatok felett. A rendszer nyitottságára vonatkozó követelmények megfogalmazásra kerültek, amelyek teljesítése lehetővé teszi a szoftvereszközök egységesítését és a fejlesztés egyszerűsítését:

az a képesség, hogy a felhasználók maguk fejlesszék a vezérlőkhöz illesztőprogramokat, pl. szoftvertermékek karbantartása vezérlők speciális szerszámokkal történő programozásához;

kommunikációs eszközök (interfészek) rendelkezésre állása a vezérlőrendszer más összetevőivel való interakcióhoz;

a rendszermag számos hardverre és szoftverre történő portolásának lehetősége

platformok.

Nagyszámú olyan csomag jelent meg a piacon, amely megfelel a fenti követelményeknek. Szinte mindegyik csomagban a fejlesztői környezet implementálva van ablakok-interfész, vannak módok a kifejlesztett alkalmazás végrehajtó rendszerbe való betöltésére.

Néhány ilyen csomag neve alább található:

RSLogix 500, RS Logix 5, RSLogix 5000 a Rockwell szoftvertől különböző Allen-Bradley családok vezérlőinek programozására;

DirectSOFT a Koyo Direct Logic család vezérlőihez;

PL7 és Concept csomagok - Programozó szoftverek a Schneider Electric különböző családjaihoz tartozó vezérlőkhöz;

STEP 5, STEP 7 Micro, STEP 7 csomagok a Siemens S5 és S7 családok vezérlőinek programozásához;

Toolbox csomag a Moscad család vezérlőinek konfigurálásához;

TelePACE csomag sorozatvezérlők programozásához

TeleSAFE Micro 16 és SCADAPack a Control Microsystemstől.

Az IEC 1131-3 szabvány öt vezérlőprogramozási nyelvet határoz meg: három grafikus (LD, FBD, SFC) és két szöveges (ST, IL) programozási nyelvet.

LD(Létradiagram) - grafikus nyelv létradiagramokhoz. Az LD nyelvet különféle bonyolultságú logikai kifejezések leírására használják.

FBD(Function Block Diagram) - egy grafikus nyelv a funkcionális blokkdiagramokhoz. Az FBD nyelvet komplex eljárások felépítésére használják, amelyek különféle funkcionális könyvtári blokkokból állnak - aritmetikai, trigonometrikus, szabályozók stb.).

SFC(Sequential Function Chart) egy grafikus nyelv a szekvenciális függvénydiagramokhoz. Az SFC nyelvet a szoftver tervezési szakaszában való használatra szánják, és lehetővé teszi a program "csontvázának" leírását - a munka logikáját az egymást követő lépések és feltételes ugrások szintjén.

UTCA(Strukturált szöveg) - strukturált szövegnyelv. Ez egy magas szintű nyelv, amely mnemonikában hasonlít a Pascalhoz, és adatfeldolgozási eljárások fejlesztésére használják.

IL(Utasítási lista) - oktatási nyelv. Ez egy alacsony szintű assembly nyelv, és hatékony, egyszerűsített rutinok programozására szolgál.

A 90-es évek végén megjelentek az ISaGRAF, InControl (Wonderware), Paradym (Intellution) nyílt szoftvertermékek, melyeket diszkrét és folyamatos folyamatok vezérlőprogramjainak fejlesztésére, hibakeresésére és végrehajtására terveztek.

Már most elmondhatjuk, hogy a vezérlők és vezérlőrendszerek túlnyomó többségét az IEC 1131-3 szabványt megvalósító szoftvertermékek szolgálják ki.

A francia CJ International cég ISAGRAF csomagja széles körű alkalmazásra talált Oroszországban.

A csomag főbb jellemzői:

Az IEC 1131-3 szabvány mind az öt nyelvének támogatása, valamint a folyamatábra nyelv megvalósítása az állapotdiagramok leírásának eszközeként. Ugyanakkor az ISaGRAF lehetővé teszi a különböző nyelveken írt programok és eljárások keverését, valamint az egyik nyelvből származó kódsorozatok beillesztését egy másik nyelven írt kódokba.

Egy többfunkciós hibakereső jelenléte, amely lehetővé teszi

az alkalmazott feladat munkája megtekintheti a szoftver állapotát

kód, változók, programok és egyebek.

Különféle ipari hálózati protokollok támogatása.

Olyan opciók megvalósítása, amelyek biztosítják a rendszer nyitottságát a hozzáférésre belső szerkezetek az alkalmazott ISaGRAF feladat adatait, valamint a felhasználó által saját fejlesztésű I/O modulokhoz illesztőprogramok fejlesztésének lehetőségét, valamint az ISaGRAF mag bármely hardver és szoftver platformra történő portolásának lehetőségét.

Illesztőprogram-készlet különféle gyártók vezérlőivel való munkához: PEP Modular Computers, Motorola Computer Group stb.

További interaktív szerkesztők elérhetősége változók, állandók és I/O konfigurációk leírásához.

Beépített vezérlők az ISAGRAF alkalmazás programkódjának módosításához és a kifejlesztett projektről szóló jelentések nagy részletességű nyomtatásához, beleértve a programok és az egyes változók kereszthivatkozási táblázatainak nyomtatását.

A fejlesztési szakaszok teljes körű dokumentálása.

A folyamatirányító rendszerek legfelső szintű szoftvereszközei (SCADA-csomagok) különböző számítógépes platformokon és speciális munkaállomásokon megvalósított felügyeleti és vezérlőpanelek alkalmazási szoftvereinek létrehozására szolgálnak. A SCADA csomagok lehetővé teszik az egyszerű nyelvi eszközök minimális programozási arányával egy olyan többfunkciós interfész kifejlesztését, amely nemcsak teljes körű információt biztosít a kezelőnek / diszpécsernek a folyamatról, hanem annak vezérlését is.

Most az orosz piacon több tucat nyitott SCADA-csomag található, szinte azonos funkcionalitással. De ez egyáltalán nem jelenti azt, hogy bármelyiket sikeresen adaptálhatnánk egyik vagy másik irányítási rendszerhez azonos (ideiglenes és pénzügyi) erőfeszítésekkel, különösen, ha korszerűsítésről van szó. Minden SCADA-csomag egyedi a maga módján, és egy-egy automatizálási rendszerre vonatkozó választása, amelyről az elmúlt tíz évben a speciális folyóiratok oldalain beszéltek, továbbra is aktuális.

Az alábbiakban felsoroljuk a legnépszerűbb SCADA-csomagokat Oroszországban.