SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition)

Материал из Национальной библиотеки им. Н. Э. Баумана
Последнее изменение этой страницы: 20:08, 22 ноября 2016.

SCADA (supervisory control and data acquisition, диспетчерское управление и сбор данных) - программный пакет, предназначенный для разработки или обеспечения работы в реальном времени систем сбора, обработки, отображения и архивирования информации об объекте мониторинга или управления. SCADA может являться частью АСУ ТП, АСКУЭ, системы экологического мониторинга, научного эксперимента, автоматизации здания и т. д. SCADA-системы используются во всех отраслях хозяйства, где требуется обеспечивать автоматическое управление технологическими процессами в режиме реального времени. Данное программное обеспечение устанавливается на компьютеры и, для связи с объектом, использует драйверы ввода-вывода или OPC / DDE-серверы. Программный код может быть как написан на языке программирования (например на C++), так и сгенерирован в среде автоматизированного проектирования.

Рис.1 Операторский интерфейс, разработанный в SCADA


Иногда SCADA-системы комплектуются дополнительным ПО для программирования промышленных контроллеров. Такие SCADA-системы называются интегрированными и к ним добавляют термин SoftLogic.

Термин “SCADA” имеет двоякое толкование. Наиболее широко распространено понимание SCADA как приложения, то есть программного комплекса, обеспечивающего выполнение указанных функций, а также инструментальных средств для разработки этого программного обеспечения. Однако, часто под SCADA-системой подразумевают программно-аппаратный комплекс. Подобное понимание термина SCADA более характерно для раздела телеметрия.

Значение термина SCADA претерпело изменения вместе с развитием технологий автоматизации и управления технологическими процессами. В 80-е годы под SCADA-системами чаще понимали программно-аппаратные комплексы сбора данных реального времени. С 90-х годов в связи с тем, что всё большая часть функций автоматического управления решается не аппаратными, а программными средствами, термин SCADA больше используется для обозначения только программной части человеко-машинного интерфейса АСУ ТП.

Основные задачи, решаемые SCADA-системами

SCADA-системы решают следующие задачи:

  • Обмен данными с “устройствами связи с объектом”, (то есть с промышленными контроллерами и платами ввода/вывода) в реальном времени через драйверы.
  • Обработка информации в реальном времени.
  • Логическое управление.
  • Отображение информации на экране монитора в удобной и понятной для человека форме.
  • Ведение базы данных реального времени с технологической информацией.
  • Аварийная сигнализация и управление тревожными сообщениями.
  • Подготовка и генерирование отчетов о ходе технологического процесса.
  • Осуществление сетевого взаимодействия между SCADA-станциями (компьютерами).
  • Обеспечение связи с внешними приложениями (СУБД, электронные таблицы, текстовые процессоры и т. д.). В системе управления предприятием такими приложениями чаще всего являются приложения, относимые к уровню MES.

SCADA-системы позвол яют разрабатывать АСУ ТП в клиент-серверной или в распределённой архитектуре.

Основные компоненты SCADA

SCADA—система обычно содержит следующие подсистемы:

  • Драйверы или серверы ввода-вывода — программы, обеспечивающие связь SCADA с промышленными контроллерами, счётчиками, АЦП и другими устройствами ввода-вывода информации.
  • Система реального времени — программа, обеспечивающая обработку данных в пределах заданного временного цикла с учетом приоритетов.
  • Человеко-машинный интерфейс (HMI, англ. Human Machine Interface — инструмент, который представляет данные о ходе процесса человеку оператору, что позволяет оператору контролировать процесс и управлять им. * Программа-редактор для разработки человеко-машинного интерфейса.
  • Система логического управления — программа, обеспечивающая исполнение пользовательских программ (скриптов) логического управления в SCADA-системе. Набор редакторов для их разработки.
  • База данных реального времени — программа, обеспечивающая сохранение истории процесса в режиме реального времени.
  • Система управления тревогами — программа, обеспечивающая автоматический контроль технологических событий, отнесение их к категории нормальных, предупреждающих или аварийных, а также обработку событий оператором или компьютером.
  • Генератор отчетов — программа, обеспечивающая создание пользовательских отчетов о технологических событиях. Набор редакторов для их разработки.
  • Внешние интерфейсы — стандартные интерфейсы обмена данными между SCADA и другими приложениями. Обычно OPC, DDE, ODBC, DLL и т. д.

Концепции систем

Термин SCADA обычно относится к централизованным системам контроля и управления всей системой, или комплексами систем, осуществляемого с участием человека. Большинство управляющих воздействий выполняется автоматически RTU или ПЛК. Непосредственное управление процессом обычно обеспечивается RTU или PLC, а SCADA управляет режимами работы. Например, PLC может управлять потоком охлаждающей воды внутри части производственного процесса, а SCADA система может позволить операторам изменять уста для потока, менять маршруты движения жидкости, заполнять те или иные ёмкости, а также следить за тревожными сообщениями (алармами), такими как — потеря потока и высокая температура, которые должны быть отображены, записаны, и на которые оператор должен своевременно реагировать. Цикл управления с обратной связью проходит через RTU или ПЛК, в то время как SCADA система контролирует полное выполнение цикла.

Сбор данных начинается в RTU или на уровне PLC и включает показания измерительного прибора. Далее данные собираются и форматируются таким способом, чтобы оператор диспетчерской, используя HMI мог принять контролирующие решения — корректировать или прервать стандартное управление средствами RTU/ПЛК. Данные могут также быть записаны в архив для построения трендов и другой аналитической обработки накопленных данных.[1]

Архитектура SCADA-систем

В зависимости от сложности управляемого технологического процесса, а также требований к надёжности, SCADA-системы строятся по одной из следующих архитектур[2]

Одиночные

При использовании данной архитектуры система состоит из одной или нескольких рабочих станций оператора, которые не "знают" друг о друге. Все функции системы выполняются на единственной (нескольких независимых) станции(ях). Преимущества:

  • простота.

Недостатки:

  • низкая отказоустойчивость;
  • не обеспечивается истинность данных (исторические данные могут отличаться между разными станциями),

Клиент-Серверные

В данном случае система выполняется на сервере, а операторы используют клиентские станции для мониторинга и управления процессом. Высоконадёжные системы строятся на базе двойного либо тройного резервирования серверов и дублирования клиентских станций оператора, дублирования сетевых подключений сервер-сервер и клиент-сервер. При данной архитектуре уже возможно разделение функций SCADA-системы между серверами. Например, сбор данных и управление ПЛК выполняется на одном сервере, архивирование данных - на втором, а взаимодействие с клиентами - на третьем.

Виртуализация

Современные технологии виртуализации уже глубоко проникли в промышленную автоматизацию. Применение кластеров и виртуальных серверов с разделением функций SCADA-системы позволяет обеспечивать высокую отказоустойчивость, гибкое распределение вычислительных ресурсов, изолирование системы и сетевых подключений от постороннего сетевого трафика, безопасность данных. При использовании виртуализации клиентские станции уже не требуют полноценного ПК(Толстый клиент), достаточно тонкого клиента с подключением к виртуальному клиенту. Облачные вычисления также применяются в промышленной автоматизации либо автоматизации зданий.

Некоторые распространенные SCADA

На мировом рынке представлено более 50 продуктов, которые можно отнести к SCADA-системам, продукты различаются:

  • по требуемой операционной системе, наиболее распространена Windows (Linux, Mac OS встречаются намного реже для данного продукта);
  • по количеству поддерживаемого оборудования, протоколов (почти все SCADA поддерживают Modbus, LonWorks, BACnet, OPC, DDE, реже протоколы специфического оборудования, со своим нестандартным протоколом типа счётчика электрической энергии Меркурий 230ART, климатического контроллера Danfoss ECL-300, приборы фирмы Овен и т. п.);
  • по цене, по соотношению цена/качество, в общем случае на рынке представлены как полностью бесплатные SCADA, недорогие SCADA с ценой лицензии на 60 тегов от $100 (DATARate), так и SCADA ценой порядка $100 тыс., при максимальной комплектации — при количестве тегов более 5000, нескольких АРМ диспетчера (WinCC, InTouch, Citect);
  • частный случай условно-бесплатные SCADA, c ограничением по времени работы без перезапуска (обычно 1 час), или по количеству тегов (обычно 8-50), или по количеству одновременно поддерживаемых протоколов (обычно 1);
  • по наличию и типу ключа аппаратной защиты (программный ключ файл, аппаратный USB- или LPT-ключ, программная “привязка” к оборудованию), среди прочих факторов ключ платной SCADA в любом случае замедляет первоначальное развертывание и замену вышедшего из строя сервера;
  • по наличию прочих функций (поддержка резервирования, генераторы отчетов, удаленный доступ, веб-интерфейс и т. п.).

Полностью бесплатные SCADA: OpenSCADA, Rapid SCADA, FreeSCADA, scada-ГИНЭС, Inductive Automation Ignition.

Условно-бесплатные SCADA, достаточные для автоматизации малого технологического процесса и изучения без покупки лицензии, возможность работы в течение неограниченного времени:

  • Simp Light Free — ограничение 8 тегов;
  • MasterSCADA — ограничения 32 тега для MasterSCADA RT32 без дополнительных возможностей или 1 час полнофункциональной работы для MasterSCADA Demo;
  • IGSS — ограничение 50 объектов (ориентировочно 150 тегов) и выбор одного протокола передачи данных (IGSS FREE50), по другому типу лицензии ограниченно время работы без перезапуска на 1 час и 1000 объектов (DEMO Mode);
  • Контар АРМ — поддерживает только с контроллеры производства ОАО “МЗТА”;
  • IntegraXor свободна для 128 Modbus I/O;
  • Каскад. Демо-версия имеет ограничение на 32 физических канала ввода/вывода и 2 часа непрерывной работы, включает себя полную справочную систему, SQL-сервер Firebird 2.5, WEB-модуль (реализация WebSCADA) и ряд проектов, демонстрирующих возможности системы. SCADA интегрирована с SoftLogic-системой KLogic, и, как следствие, реализована сквозная технология программирования алгоритмов контроллеров и рабочих станций. При покупке лицензии время работы не ограничивается, лицензия выдается по числу каналов или устройств сервера доступа к данным и наличию дополнительных клиентских модулей;
  • Vijeo Citect - позволяет создать и отладить полноценный проект без приобретения лицензий, при отсутствии лицензий включается демо-режим, в котором проект запускается на ограниченное время, после истечения этого времени проект необходимо перезапустить. Лицензируется только среда исполнения (Runtime), среда разработки распространяется свободно. В комплекте идет стандартный набор драйверов для подключения к контроллерам и RTU разных производителей. Всего насчитывается более 100 типов устройств, без учета поддержки стандартных протоколов, таких как OPC, Modbus и т.д. В отсутствии контроллера или контроллеров проект можно разрабатывать и отлаживать благодаря эмуляции точек ввода-вывода конфигурируемых под конкретный контроллер.

Прочие SCADA: Simatic WinCC, Intouch Wonderware, Trace mode, Genesis, SCADA Infinity, PcVue Solutions, RSView, ClearSCADA, DATARate, Контур, Круг-2000, ZenOn, Winlog, iFix, InduSoft Web Studio SCADA, Wizcon, Vijeo Citect, Статус-4, Каскад, Энтек, Sitex, Elipse E3, Elvis, Realflex RealWin SCADA, Broadwin (Advantech) WebAccess, General Electric Proficy Cimplicity, WellinTech SCADA, Factory Link (с 2012 года не поддерживается разработчиком), Monitor Pro (базировалась на Factory Link, рекомендована замена на Vijeo Citect), Vijeo Look (рекомендована замена на Vijeo Citect).

WebSCADA

Под термином WebSCADA, как правило, понимается реализация человеко-машинного интерфейса (HMI) SCADA-систем на основе web-технологий.

Это позволяет осуществлять контроль и управление SCADA-системой через стандартный браузер, выступающего в этом случае в роли тонкого клиента.

Архитектура таких систем включает в себя WebSCADA-сервер и клиентские терминалы — ПК, КПК или мобильные телефоны с Web-браузером. Подключение клиентов к WebSCADA-серверу через Internet/Intranet позволяет им взаимодействовать с прикладной задачей автоматизации как с простой web или WAP-страницей. Однако на данном этапе развития WebSCADA ещё не достигло уровня широкого промышленного внедрения, так как существуют сложности с защитой передаваемой информации. Кроме этого, реализация функций управления через незащищенные каналы связи противоречит соображениям безопасности любого промышленного объекта. В связи с этим, в большинстве случаев Web-интерфейсы используются в качестве удаленных клиентов для контроля и сбора данных.

Уязвимость

SCADA-системы могут быть уязвимы для хакерских атак, так, в 2010 году с использованием вируса Stuxnet была осуществлена атака на центрифуги для обогащения урана в Иране. Таким образом, для защиты информационных комплексов, содержащих SCADA-системы, требуется соблюдение общих требований информационной безопасности.

Источники

  1. bourabai [Электронный ресурс] : Системы автоматического контроля и сбора информации (SCADA) / Дата обращения: 06 ноября 2016. - Режим доступа: http://bourabai.ru/dbt/scada.htm
  2. Википедия [Электронный ресурс] : SCADA / Дата обращения: 06 ноября 2016. - Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/SCADA#.D0.90.D1.80.D1.85.D0.B8.D1.82.D0.B5.D0.BA.D1.82.D1.83.D1.80.D0.B0_SCADA-.D1.81.D0.B8.D1.81.D1.82.D0.B5.D0.BC

Ссылки