Лекция 2. Общие понятия и структура SCADA-систем
Рассматриваемые вопросы:
Введение.
Определение и общая структура SCADA.
Функциональная структура SCADA.
Особенности SCADA как процесса управления.
2.1.Введение
В настоящее время SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition - диспетчерское управление и сбор данных) является наиболее перспективной технологией автоматизированного управления во многих отраслях промышленности.
В последние несколько десятилетий за рубежом резко возрос интерес к проблемам построения высокоэффективных и высоконадежных систем диспетчерского управления и сбора данных.
С одной стороны, это связано со значительным прогрессом в области вычислительной техники, программного обеспечения и телекоммуникаций, что увеличивает возможности и расширяет сферу применения автоматизированных систем.
С другой стороны, развитие информационных технологий, повышение степени автоматизации и перераспределение функций между человеком и аппаратурой обострило проблему взаимодействия человека-оператора с системой управления. Расследование и анализ большинства аварий и происшествий в промышленности и на транспортен, часть из которых привела к катастрофическим последствиям, показали, что, если в 60-х годах ХХ века ошибка человека являлась первоначальной причиной лишь 20% инцидентов, то в 90-х годах доля «человеческого фактора» возросла до 80%, причем, в связи с постоянным совершенствованием технологий и повышением надежности электронного оборудования и машин, доля эта может еще возрасти (рис.1).
Рисунок 1 Тенденции причин аварий в сложных автоматизированных системах.
Основной причиной таких тенденций является старый традиционный подход к построению АСУ, который применяется часто и в настоящее время: ориентация в первую очередь на применение новейших технических (технологических) достижений, стремление повысить степень автоматизации и функциональные возможности системы и, в то же время, недооценка необходимости построения эффективного человеко-машинного интерфейса (HMI - Human-Machine Interface), т.е. интерфейса, ориентированного на оператора.
Возникла необходимость применения нового подхода при разработке таких систем, а именно, ориентация в первую очередь на человека-оператора (диспетчера) и его задачи. Реализацией такого подхода и являются SCADA-системы, которые иногда даже называют SCADA/HMI.
Управление технологическими процессами на основе SCADA-систем стало осуществляться в передовых западных странах в 80-е годы ХХ века. В России переход к управлению на основе SCADA-систем стал осуществляться несколько позднее, в 90-е годы.
SCADA-системы наилучшим образом применимы для автоматизации управления непрерывными и распределенными процессами, какими являются нефтегазовые технологические процессы. Кроме нефтяной и газовой промышленности, SCADA-системы применяются в следующих областях:
управление производством, передачей и распределением электроэнергии;
промышленное производство;
водозабор, водоочистка и водораспределение;
управление космическими объектами;
управление на транспорте (все виды транспорта: авиа, метро, железнодорожный, автомобильный, водный);
телекоммуникации;
военная область.
В мире насчитывается не один десяток компаний, активно занимающихся разработкой и внедрением SCADA-систем. Программные продукты многих из этих компаний представлены на российском рынке. Кроме того, в России существуют компании, которые занимаются разработкой отечественных SCADA-систем.
2.2. Определение и общая структура SCADA
SCADA - это процесс сбора информации реального времени с удаленных объектов для обработки, анализа и возможного управление этими объектами.
В SCADA-системах в большей или меньшей степени реализованы основные принципы, такие, как работа в режиме реального времени, использование значительного объема избыточной информации (высокая частота обновления данных), сетевая архитектура, принципы открытых систем и модульного исполнения, наличие запасного оборудования, работающего в «горячем резерве» и др.
Все современные SCADA-системы включают три основных структурных компонента (рис.2).
Рисунок 2. Основные структурные компоненты SCADA-системы.
Remote Terminal Unit (RTU) - удаленный терминал, осуществляющий обработку задачи (управление) в режиме реального времени.
Системы реального времени бывает двух типов: системы жесткого реального времени и системы мягкого реального времени.
Системы жесткого реального времени не допускают никаких задержек
Спектр воплощения RTU широк - от примитивных датчиков, осуществляющих съем информации с объекта, до специализированных многопроцессорных отказоустойчивых вычислительных комплексов, осуществляющих обработку информации и управление в режиме жесткого реального времени. Конкретная его реализация определяется конкретным применением. Использование устройств низкоуровневой обработки информации позволяет снизить требования к пропускной способности каналов связи с центральным диспетчерским пунктом.
Master Terminal Unit (MTU) - диспетчерский пункт управления (главный терминал); осуществляет обработку данных и управление высокого уровня, как правило, в режиме мягкого реального времени. Одна из основных функций - обеспечение интерфейса между человеком-оператором и системой. MTU может быть реализован в самом разнообразном виде - от одиночного компьютера с дополнительными устройствами подключения к каналам связи до больших вычислительных систем и/или объединенных в локальную сеть рабочих станций и серверов.
Communication System (CS) - коммуникационная система (каналы связи), необходима для передачи данных с удаленных точек (объектов, терминалов) на центральный интерфейс оператора-диспетчера и передачи сигналов управления на RTU.
|
