Thực đơn
trang chủẢnh và video

scada acu TP là gì. Hệ thống SCADA trong cơ điện tử là gì? Hệ thống SCADA - chúng là gì?

Các nhiệm vụ chính được hệ thống SCADA giải quyết

Giao diện vận hành được phát triển trong SCADA

Hệ thống SCADA giải quyết các nhiệm vụ sau:

  • Trao đổi dữ liệu với “thiết bị giao tiếp đối tượng”, tức là với bộ điều khiển công nghiệp và bảng I/O) trong thời gian thực thông qua trình điều khiển.
  • Xử lý thông tin theo thời gian thực.
  • Kiểm soát logic.
  • Hiển thị thông tin trên màn hình điều khiển dưới dạng thuận tiện và dễ hiểu cho con người.
  • Duy trì cơ sở dữ liệu thời gian thực với thông tin công nghệ.
  • Tín hiệu báo động và quản lý báo động.
  • Chuẩn bị và tạo các báo cáo tiến độ của quá trình.
  • Triển khai tương tác mạng giữa các PC SCADA.
  • Cung cấp liên lạc với các ứng dụng bên ngoài (DBMS, bảng tính, trình xử lý văn bản, v.v.). Trong hệ thống quản lý doanh nghiệp, các ứng dụng như vậy thường được phân loại là MES.

Hệ thống SCADA cho phép bạn phát triển các hệ thống điều khiển quy trình tự động theo kiến ​​trúc máy khách-máy chủ hoặc kiến ​​trúc phân tán.

Các thành phần SCADA chính

Một hệ thống SCADA thường chứa các hệ thống con sau:

  • Trình điều khiển hoặc máy chủ I/O là các chương trình cung cấp giao tiếp SCADA với bộ điều khiển công nghiệp, đồng hồ đo, ADC và các thiết bị đầu vào/đầu ra thông tin khác.
  • Hệ thống thời gian thực là một chương trình cung cấp khả năng xử lý dữ liệu trong một chu kỳ thời gian nhất định, có tính đến các ưu tiên.
  • Giao diện người-máy ( HMI, Tiếng Anh Giao diện người máy) - một công cụ trình bày dữ liệu về tiến trình của một quy trình cho người vận hành, cho phép người vận hành giám sát và quản lý quy trình. Một chương trình soạn thảo để phát triển giao diện người-máy.
  • Hệ thống điều khiển logic là chương trình đảm bảo thực thi các chương trình người dùng (script) điều khiển logic trong hệ thống SCADA. Một tập hợp các biên tập viên cho sự phát triển của họ.
  • Cơ sở dữ liệu thời gian thực - một chương trình cung cấp khả năng lưu trữ lịch sử quy trình trong thời gian thực.
  • Hệ thống quản lý cảnh báo là chương trình cung cấp khả năng giám sát tự động các sự kiện của quy trình, phân loại chúng là bình thường, cảnh báo hoặc khẩn cấp, cũng như xử lý các sự kiện bởi người vận hành hoặc máy tính.
  • Trình tạo báo cáo là một chương trình cung cấp khả năng tạo báo cáo tùy chỉnh về các sự kiện công nghệ. Một tập hợp các biên tập viên cho sự phát triển của họ.
  • Giao diện bên ngoài là giao diện trao đổi dữ liệu tiêu chuẩn giữa SCADA và các ứng dụng khác. Điển hình là OPC, DDE, ODBC, DLL, v.v.

Khái niệm hệ thống

Thuật ngữ SCADA thường đề cập đến các hệ thống tập trung để giám sát và kiểm soát toàn bộ hệ thống hoặc các tổ hợp hệ thống được thực hiện với sự tham gia của con người. Hầu hết các hành động điều khiển được thực hiện tự động bởi RTU hoặc PLC. Điều khiển quá trình trực tiếp thường được cung cấp bởi RTU hoặc PLC, với SCADA điều khiển các chế độ vận hành. Ví dụ: PLC có thể điều khiển dòng nước làm mát trong một phần của quy trình sản xuất và hệ thống SCADA có thể cho phép người vận hành thay đổi cổng dòng chảy, thay đổi đường dẫn chất lỏng, đổ đầy thùng chứa và giám sát các thông báo cảnh báo ( báo động), chẳng hạn như mất dòng chảy và nhiệt độ cao, phải được hiển thị, ghi lại và người vận hành phải ứng phó kịp thời. Vòng điều khiển vòng kín đi qua RTU hoặc PLC, trong khi hệ thống SCADA điều khiển việc thực hiện hoàn toàn vòng lặp.

Việc thu thập dữ liệu bắt đầu ở cấp độ RTU hoặc PLC và bao gồm các chỉ số trên đồng hồ. Tiếp theo, dữ liệu được thu thập và định dạng theo cách mà người vận hành phòng điều khiển, sử dụng HMI, có thể đưa ra các quyết định điều khiển - để điều chỉnh hoặc làm gián đoạn việc điều khiển tiêu chuẩn của các công cụ RTU/PLC. Dữ liệu cũng có thể được ghi lại trong kho lưu trữ để xây dựng xu hướng và xử lý phân tích dữ liệu tích lũy khác.

WebSCADA

Theo thời hạn WebSCADA Theo quy định, chúng tôi muốn nói đến việc triển khai giao diện người-máy (HMI) của hệ thống SCADA dựa trên công nghệ web.

Điều này cho phép bạn giám sát và quản lý hệ thống SCADA thông qua trình duyệt tiêu chuẩn, trong trường hợp này hoạt động như một máy khách tối thiểu.

Kiến trúc của các hệ thống như vậy bao gồm máy chủ WebSCADA và thiết bị đầu cuối máy khách - PC, PDA hoặc điện thoại di động có trình duyệt Web. Việc kết nối các máy khách với máy chủ WebSCADA qua Internet/Intranet cho phép chúng tương tác với tác vụ ứng dụng tự động hóa như với một trang web hoặc trang WAP đơn giản. Tuy nhiên, ở giai đoạn phát triển này, WebSCADA vẫn chưa đạt đến mức triển khai rộng rãi trong công nghiệp do gặp khó khăn trong việc bảo vệ thông tin được truyền đi. Ngoài ra, việc thực hiện các chức năng kiểm soát thông qua các kênh liên lạc không an toàn là trái với các cân nhắc về an ninh của bất kỳ cơ sở công nghiệp nào. Về vấn đề này, trong hầu hết các trường hợp, giao diện Web được sử dụng làm máy khách từ xa để theo dõi và thu thập dữ liệu.

Tính dễ bị tổn thương

Các hệ thống SCADA có thể dễ bị hacker tấn công; ví dụ, vào năm 2010, một cuộc tấn công đã được thực hiện vào các máy ly tâm làm giàu uranium ở Iran bằng cách sử dụng virus Stuxnet. Vì vậy, để bảo vệ các hệ thống thông tin chứa hệ thống SCADA, cần phải tuân thủ các yêu cầu chung về bảo mật thông tin.

Xem thêm

Ghi chú


Quỹ Wikimedia. 2010.

Xem "SCADA" là gì trong các từ điển khác:

    SCADA- là tên viết tắt của Kiểm soát giám sát và thu thập dữ liệu. Nó thường đề cập đến một hệ thống điều khiển công nghiệp: một hệ thống máy tính giám sát và kiểm soát một quy trình. Quá trình này có thể là công nghiệp, cơ sở hạ tầng hoặc cơ sở dựa trên… … Wikipedia

    SCADA- Hệ thống điều khiển điều phối và phần mềm thu thập dữ liệu được thiết kế để hỗ trợ các công cụ tự động hóa và xây dựng hệ thống tự động hóa công nghiệp. SCADA (viết tắt của kiểm soát giám sát và thu thập dữ liệu,... ... Hướng dẫn dịch thuật kỹ thuật

    SCADA- Đây là một phần thông tin cần thiết để đưa vào wikificado với một định dạng theo các cuộc hội thảo hiện tại. Xin vui lòng, đã chỉnh sửa para que las cumpla. Mientras tanto, no elimination este aviso puesto el 10 de febrero de 2010. También puedes… … Wikipedia Español

    SCADA- Kiểm soát giám sát và thu thập dữ liệu SCADA là viết tắt của Kiểm soát giám sát và thu thập dữ liệu (commande et l Acacquiation de données de giám sát). L idée générale est celle d un système de télégestion à grande échelle réparti au… … Wikipédia en Français

    SCADA- Unter Überwachung, Steuerung, Datenerfassung (ÜSE), thường dùng tiếng Anh Kiểm soát giám sát và thu thập dữ liệu (SCADA), wird das Konzept zur Überwachung und Steuerung technischer Prozesse verstanden. Inhaltsverzeichnis 1 Konzept 2 Truyền thông 3… … Wikipedia tiếng Đức

    SCADA- Kiểm soát giám sát và thu thập dữ liệu (Máy tính » Tổng hợp) Kiểm soát giám sát và thu thập dữ liệu (Kinh doanh » Kinh doanh quốc tế) Kiểm soát giám sát và thu thập dữ liệu (Máy tính » SMS) Kiểm soát giám sát và thu thập dữ liệu… … Từ điển viết tắt

    SCADA- Kiểm soát giám sát và thu thập dữ liệu… Từ viết tắt

    scada- cascada... Dictionnaire des rimes

    scada- m (n/n) đỉnh đầu… Từ điển tiếng Anh cổ và hiện đại

    SCADA- Kiểm soát giám sát và thu thập dữ liệu… Từ viết tắt của A bis Z

Kiểm soát giám sát và thu thập dữ liệu (SCADA)

Hệ thống SCADA là một chương trình công cụ cung cấp việc tạo ra phần mềm để tự động hóa việc giám sát và kiểm soát quy trình công nghệ trong thời gian thực. Mục tiêu chính của chương trình được tạo bằng SCADA là cung cấp cho người vận hành quản lý quy trình công nghệ thông tin đầy đủ về quy trình này và các phương tiện cần thiết để tác động đến nó.

NHIỆM VỤ CHÍNH CỦA HỆ THỐNG SCADA:

  • Thu thập dữ liệu từ các cảm biến và trình bày chúng cho người vận hành ở dạng thuận tiện cho anh ta, bao gồm biểu đồ thay đổi các thông số theo thời gian;
  • Điều khiển từ xa các thiết bị truyền động;
  • Nhập nhiệm vụ cho các thuật toán điều khiển tự động;
  • Triển khai các thuật toán giám sát và điều khiển tự động (hầu hết các nhiệm vụ này thường được giao cho bộ điều khiển, nhưng hệ thống SCADA cũng có khả năng giải quyết chúng);
  • Nhận biết các tình huống khẩn cấp và thông báo cho người vận hành về trạng thái của quy trình;
  • Lập báo cáo về tiến độ của quá trình và sản xuất sản phẩm.

Không chỉ hiệu quả của việc kiểm soát quá trình mà độ an toàn của nó cũng phụ thuộc vào độ tin cậy, tốc độ và tính công thái học của hệ thống SCADA.

THÀNH PHẦN SCADA nào QUAN TRỌNG NHẤT TRONG VẬN HÀNH VÀ TẠI SAO?

Các chuyên gia từ bộ phận hệ thống kiểm soát của một doanh nghiệp công nghiệp sản xuất soda khẳng định rằng họ chủ yếu sử dụng các thành phần như giám sát và kiểm soát, lưu trữ các thông số quy trình, thông báo và hệ thống con báo cáo.

Trên thực tế, giám sát và kiểm soát là mục đích của một hệ thống điều khiển được cài đặt. Việc lưu trữ các thông số, thông báo và báo cáo là cần thiết để đánh giá và phân tích quy trình công nghệ, hành động của người vận hành, v.v. Điều quan trọng đối với họ là một trong những công cụ SCADA cơ bản - phân biệt quyền truy cập để kiểm soát theo cấp độ (người vận hành, kỹ thuật viên, kỹ sư điều khiển quy trình).

Do xu hướng tích hợp hệ thống kiểm soát quá trình và hệ thống quản lý doanh nghiệp, nhu cầu sử dụng SCADA làm nguồn dữ liệu cho các hệ thống cấp cao hơn ngày càng tăng. Một số SCADA có thể hoạt động như một máy chủ để hợp nhất tất cả dữ liệu quy trình và như một máy chủ để tạo báo cáo dựa trên dữ liệu này.

Nếu hệ thống điều khiển được xây dựng trên cơ sở PLC của một nhà sản xuất (ví dụ: Siemens SIMATIC), thì việc trao đổi dữ liệu giữa bộ điều khiển và SCADA sẽ diễn ra bằng cách sử dụng trình điều khiển giao thức truyền thông tích hợp sẵn. Một số hệ thống SCADA độc lập với OEM cung cấp một bộ trình điều khiển cho nhiều (nhưng không phải tất cả) bộ điều khiển và thiết bị thông minh trên thị trường. Cách tương tác phổ biến nhất là sử dụng các trình điều khiển được phát triển theo tiêu chuẩn OPC. Các máy chủ OPC như vậy có thể được phát triển bởi các nhà sản xuất bộ điều khiển hoặc nhà phát triển độc lập và được sử dụng cùng với bất kỳ hệ thống SCADA nào. Để hoạt động hiệu quả với các máy chủ OPC, SCADA phải sử dụng chúng trực tiếp, sử dụng công nghệ “OPC trong lõi hệ thống” chứ không phải thông qua các giao diện trung gian. Một số SCADA được tích hợp theo chiều dọc: chúng bao gồm các hệ thống lập trình cho bộ điều khiển khả trình tự do. Họ cũng sử dụng trình điều khiển nội bộ để giao tiếp với bộ điều khiển. SCADA như vậy cho phép bạn tạo một hệ thống điều khiển bằng cách sử dụng thiết bị từ các nhà sản xuất khác nhau.

CÁC MỨC HỆ THỐNG SỬ DỤNG SCADA

Hệ thống tự động hóa quy trình thường được chia thành 3 cấp độ: cấp dưới, cấp trung và cấp trên. Cao hơn họ là trình độ quản lý sản xuất nói chung.
Mức độ thấp hơn– bản thân đây là các cảm biến và bộ truyền động
Mức độ trung bình– bộ điều khiển. Ở cấp độ trung bình điều gì xảy ra:

  • nhận dữ liệu đầu vào;
  • xử lý dữ liệu sơ cấp;
  • tự động tạo và đưa ra các hành động điều khiển trên các cơ cấu chấp hành;

Cấp cao nhất – đây là cấp độ SCADA. Ở cấp độ này điều gì xảy ra:

  • thu thập, xử lý và lưu trữ thông tin thu được ở cấp trung gian;
  • trực quan hóa thông tin hiện tại và được lưu trữ dưới dạng thuận tiện cho người vận hành (sơ đồ ghi nhớ, đồ thị, xu hướng, nhật ký tin nhắn);
  • nhập lệnh vận hành;
  • lập báo cáo kết quả của quá trình công nghệ;
  • trao đổi thông tin với cấp trên.

QUẢN TRỊ DOANH NGHIỆP

Quản lý doanh nghiệp được thực hiện ở hai cấp độ:
MES (Hệ thống thực thi sản xuất) là một hệ thống quản lý sản xuất theo thời gian thực. Cấp độ này dùng để lập kế hoạch nhiệm vụ sản xuất cho các quy trình công nghệ, xây dựng các báo cáo tóm tắt và phân tích chuyên sâu về quy trình (ví dụ: dự báo, xây dựng cân bằng năng lượng và vật chất, v.v.). Các công cụ SCADA cũng có thể được sử dụng cho những mục đích này.

ERP (Enterprise Resource Planning) là hệ thống quản lý tự động các hoạt động hành chính, tài chính, hành chính của doanh nghiệp. Ở cấp độ này, các hệ thống chuyên dụng khác được sử dụng, ví dụ như SAP R3.

CHỨC NĂNG SCADA

■ Sơ đồ ghi nhớ
Sơ đồ ghi nhớ là sự biểu diễn đồ họa (sử dụng trình soạn thảo đồ họa được tích hợp trong SCADA) của sơ đồ công nghệ với khả năng trực quan hóa các giá trị cảm biến, trạng thái của bộ truyền động và các thông số khác. Để trực quan hóa, không chỉ sử dụng hiển thị các giá trị dưới dạng số và chữ khắc mà còn sử dụng sự thay đổi thuộc tính hình ảnh của các đối tượng đồ họa được hiển thị. Ví dụ, mức chất lỏng trong thùng chứa thay đổi và màu sắc của nó thay đổi tùy thuộc vào nhiệt độ (động lực học). Bộ truyền động không chỉ có thể hiển thị trạng thái của chúng bằng một số dấu hiệu đồ họa (ví dụ: màu sắc) mà còn thể hiện rõ ràng công việc của chúng - ví dụ: bằng cách quay các cánh bơm, chuyển động của băng tải, v.v. (hoạt hình).

■ Lưu trữ
Dữ liệu SCADA nhận được từ bộ điều khiển được lưu trữ trong kho lưu trữ. Dữ liệu có thể được xử lý trước (lọc, tính trung bình, nén, v.v.). Thông thường, người ta không sử dụng tính năng ghi thông thường mà ghi bằng cách thay đổi sử dụng ngưỡng độ nhạy (“vùng chết”). Thời lượng lưu trữ được cấu hình trong SCADA riêng cho từng tham số và có thể lên tới vài năm.

■Xu hướng
Xu hướng là sự hiển thị đồ họa về những thay đổi của một tham số theo thời gian. Xu hướng trong hệ thống SCADA có thể hiển thị các thay đổi về tham số trong toàn bộ thời gian lưu trữ của nó trong kho lưu trữ. Người vận hành có cơ hội thay đổi thang đo của cả thời gian và chính tham số đó. Trong các hệ thống phát triển, xu hướng có nhiều công cụ khác nhau được tích hợp theo xu hướng để phân tích biểu đồ, so sánh nó với điểm đặt hoặc tham số khác, làm mịn hoặc lọc, đánh dấu trên biểu đồ các sự kiện (ví dụ: vi phạm ranh giới) hoặc dấu trang cho bộ nhớ, và nhiều hơn nữa.

■ Bàn
Sẽ thuận tiện hơn cho kỹ thuật viên khi xem các kho lưu trữ không phải ở dạng đồ họa mà ở dạng bảng. Thông thường, các bảng này không chỉ có thể được xem mà còn có thể được xuất sang các hệ thống khác.

■ Biểu đồ
Thông thường, SCADA cho phép bạn xem sự phụ thuộc của một số tham số vào các tham số khác theo thời gian. Mặc dù chức năng này ít được các nhà công nghệ yêu cầu hơn so với xu hướng.

■ Biểu đồ và biểu đồ
Một cách phổ biến khác để biểu diễn các tham số là biểu đồ (biểu đồ thanh).

■ Tin nhắn
Tin nhắn là các chuỗi văn bản thông báo cho người vận hành về các sự kiện tại cơ sở theo trình tự xảy ra các sự kiện này. Chúng bật lên trên màn hình hoặc được hiển thị trong một khu vực được chỉ định đặc biệt.

■ Nhật ký tin nhắn
Nhật ký tin nhắn được sử dụng để hiển thị danh sách tin nhắn theo thứ tự chúng xuất hiện và được lưu vào kho lưu trữ. Theo quy định, các phiên bản nhật ký khác nhau được sử dụng cho các vùng quy trình khác nhau, các danh mục thông báo khác nhau và mức độ ưu tiên khác nhau.

■ Kiểm soát quyền truy cập
Để người vận hành thực hiện một số hành động nhất định, anh ta phải được quản trị viên cấp các quyền thích hợp - ví dụ: quyền điều khiển bộ truyền động hoặc quyền thay đổi nhiệm vụ của cơ quan quản lý. Khi bắt đầu ca làm việc, người vận hành đăng ký vào hệ thống và nó chỉ cho phép anh ta thực hiện những hành động được quản trị viên cho phép.

■Nhật ký hoạt động của người vận hành
Kiểm soát quy trình công nghệ là một nhiệm vụ rất quan trọng, do đó mọi thao tác của người vận hành đều được ghi lại để kiểm soát vào một nhật ký đặc biệt, có thể phân tích trong trường hợp khẩn cấp.

■ Tạo báo cáo
Môi trường phát triển báo cáo thuận tiện cho phép bạn chuẩn bị các báo cáo có định dạng và giàu thông tin một cách dễ dàng và nhanh chóng.

ĐẶC ĐIỂM HỆ THỐNG SCADA

  • Khả năng tương thích của hệ điều hành;
  • Đầy đủ chức năng;
  • Sự cởi mở;
  • Khả năng mở rộng;
  • Hỗ trợ các giao thức công nghiệp (hệ thống con trình điều khiển riêng);
  • Tương thích với tiêu chuẩn OPC (DA, HDA, UA);
  • Hỗ trợ truy cập Internet;
  • Hỗ trợ cơ sở dữ liệu;
  • Ngôn ngữ lập trình tích hợp;
  • Tính năng an toàn và độ tin cậy;
  • Tích hợp vào hệ thống điều khiển;
  • Hỗ trợ kỹ thuật;
  • Dễ dàng phát triển và phát triển;
  • Dễ bảo trì;
  • Giá.

HỆ THỐNG SCADA NƯỚC NGOÀI

Các SCADA nước ngoài phổ biến nhất ở Nga là:

– WinCC (Siemens, Đức);
– InTouch (Wonderware, Mỹ);
– RSView32 (Rockwell Automation, Mỹ);
– Genesis64 (Iconics, Mỹ);
– Vijeo Citect (Schneider Electric, Pháp).

HỆ THỐNG SCADA TRONG NƯỚC

Các mẫu SCADA trong nước phổ biến nhất:
– MasterSCADA (InSAT, Mátxcơva);
– CHẾ ĐỘ THEO DÕI (AdAstra, Moscow);
– Krug2000 (Krug, Penza).

Không giống như hầu hết các SCADA của phương Tây, tất cả các SCADA của Nga đều chứa các công cụ lập trình bộ điều khiển tích hợp sử dụng các ngôn ngữ của tiêu chuẩn IEC61131-3, bao gồm cả ngôn ngữ của các khối chức năng. Hơn nữa, nếu bản thân SCADA được thiết kế để hoạt động trong môi trường Windows trên các máy tính tương thích với PC, thì hệ thống điều hành dành cho bộ điều khiển cũng có thể hoạt động trên các nền tảng khác của Logix, chẳng hạn như Linux trên bộ xử lý có kiến ​​​​trúc ARM.

Tiêu chuẩn OPC được hỗ trợ bởi tất cả các hệ thống được liệt kê, tuy nhiên, trong hệ thống “Chế độ theo dõi” nhấn mạnh vào việc sử dụng các trình điều khiển riêng và MasterSCADA, mặc dù nó hỗ trợ việc sử dụng các trình điều khiển, nhưng lại dựa trên “OPC trong công nghệ lõi hệ thống” và cung cấp gói công cụ riêng để phát triển máy chủ OPC.

Đặc điểm so sánh SCADA nước ngoài và SCADA trong nước

Tất cả các SCADA hiện đại, cả trong và ngoài nước, đều có đầy đủ chức năng cho loại chương trình này, vì vậy việc so sánh chúng dựa trên danh sách các chức năng đã mất đi ý nghĩa trong những năm gần đây. Ưu điểm chính của SCADA Nga là tập trung ban đầu vào thị trường Nga (tiếng Nga, không phải tài liệu dịch, hỗ trợ kỹ thuật, mức giá). Có thể kết luận rằng đối với mỗi doanh nghiệp hoặc thậm chí ứng dụng, nên so sánh một số SCADA, cả về giá cả và khả năng. Hầu như tất cả SCADA đều có phiên bản dùng thử, cho phép bạn kiểm tra tính phù hợp của nó với nhiệm vụ hiện tại.
Tòa soạn "KIPinfo"

Tạp chí điện tử “KIPinfo” số 17 năm 2013

Hàng thông dụng

Loại phần mềm SCADA dành cho việc phát triển và vận hành các hệ thống điều khiển quá trình tự động. Thật hợp lý khi đặt câu hỏi: điều gì đến trước – phát triển hay vận hành? Và câu trả lời trong trường hợp này rất rõ ràng - điều cơ bản là giao diện người-máy (HMI) hiệu quả, tập trung vào người dùng, tức là nhân viên vận hành, người có vai trò quyết định trong quản lý. SCADA là một cách tiếp cận mới đối với các vấn đề về yếu tố con người trong hệ thống điều khiển (từ trên xuống), tập trung chủ yếu vào con người (người vận hành/điều phối), nhiệm vụ và chức năng mà anh ta thực hiện.

Cách tiếp cận này cho phép chúng tôi giảm thiểu sự tham gia của người vận hành/điều phối viên trong việc quản lý quy trình nhưng vẫn cho họ quyền đưa ra quyết định trong các tình huống đặc biệt.

Hệ thống SCADA đã mang lại gì cho các nhà phát triển? Với sự ra đời của SCADA, họ đã nhận được một công cụ hiệu quả để thiết kế hệ thống điều khiển, những ưu điểm của nó bao gồm:

Mức độ tự động hóa cao của quá trình phát triển hệ thống

sự quản lý;

Tham gia phát triển các chuyên gia trong lĩnh vực tự động hóa

quy trình (lập trình mà không lập trình);

Một sự giảm thực sự về thời gian và do đó, cả về mặt tài chính

chi phí phát triển hệ thống điều khiển.

Trước khi nói về chức năng của phần mềm SCADA, nên xem xét trách nhiệm chức năng của chính người vận hành/điều độ. Những trách nhiệm này là gì? Cần lưu ý ngay rằng trách nhiệm chức năng của người vận hành/người điều phối các quy trình công nghệ và cơ sở sản xuất cụ thể có thể khác nhau đáng kể và bản thân các khái niệm “người điều hành” và “người điều phối” cũng không hề tương đương. Tuy nhiên, trong số rất nhiều trách nhiệm này, hóa ra có thể tìm thấy những trách nhiệm chung vốn có của loại người lao động này:

Đăng ký giá trị của công nghệ chính và tự hỗ trợ

thông số;

Phân tích dữ liệu thu được và so sánh chúng với ca làm việc hàng ngày

nhiệm vụ và kế hoạch lịch;

Kế toán và đăng ký nguyên nhân của sự gián đoạn công nghệ

quá trình;

Ghi nhật ký, lập báo cáo hoạt động, báo cáo

và các tài liệu khác;

Cung cấp số liệu về tiến độ của quy trình công nghệ và

tình trạng của thiết bị cho đến các dịch vụ cao hơn, v.v.

Trước đây, trong phòng điều khiển (phòng điều khiển) có một bảng điều khiển (do đó là phòng điều khiển). Đối với các hệ thống lắp đặt và quy trình công nghệ có hàng trăm thông số điều khiển và điều chỉnh, chiều dài của tấm chắn có thể lên tới vài chục mét và số lượng thiết bị trên chúng có thể lên tới hàng chục, đôi khi hàng trăm. Trong số các công cụ này có chỉ báo (thang đo và con trỏ), chữ viết (ngoài thang đo và con trỏ, còn có giấy biểu đồ kèm bút) và tín hiệu. Vào một thời điểm nhất định, người điều hành viên đi vòng quanh tổng đài, ghi lại các chỉ số của thiết bị vào nhật ký. Đây là cách vấn đề đã được giải quyết thu thập và đăng ký thông tin.



Các thiết bị phục vụ các thông số có thể điều chỉnh có các thiết bị để thiết lập nhiệm vụ của bộ điều khiển và chuyển từ chế độ điều khiển tự động sang điều khiển thủ công (từ xa). Ở đây, bên cạnh các thiết bị còn có vô số nút bấm, công tắc bật tắt và cầu dao để bật và tắt các thiết bị công nghệ khác nhau. Đây là cách các vấn đề đã được giải quyết điều khiển từ xa thông số công nghệ và thiết bị.

Phía trên bảng điều khiển (thường là trên tường) có một sơ đồ ghi nhớ quy trình công nghệ với các thiết bị công nghệ, dòng nguyên liệu và nhiều đèn báo động có màu xanh lục, vàng và đỏ (khẩn cấp) được mô tả trên đó. Những đèn này bắt đầu nhấp nháy khi xảy ra tình huống khẩn cấp. Trong những tình huống đặc biệt nguy hiểm có thể phát ra tín hiệu âm thanh (còi báo động) để nhanh chóng cảnh báo cho tất cả nhân viên vận hành. Đây là cách các vấn đề liên quan đến báo thức vi phạm quy chuẩn công nghệ (sai lệch giá trị hiện tại của các thông số công nghệ so với giá trị quy định, lỗi thiết bị).

Với sự ra đời của máy tính trong phòng điều khiển/phòng điều khiển, việc chuyển giao một số chức năng liên quan đến thu thập, đăng ký, xử lý và hiển thị thông tin, xác định các tình huống bất thường (khẩn cấp), lưu trữ tài liệu, báo cáo về máy tính là điều đương nhiên. Ngay cả trong thời kỳ của những chiếc máy tính điều khiển đầu tiên có màn hình chữ và số đơn sắc, hình ảnh “giả đồ họa” đã được tạo ra trên những màn hình này nhờ nỗ lực của các nhà phát triển nhiệt tình - nguyên mẫu của đồ họa hiện đại. Ngay cả khi đó, các hệ thống vẫn cung cấp khả năng thu thập, xử lý, hiển thị thông tin, đầu vào lệnh và dữ liệu của người vận hành, lưu trữ và ghi lại tiến trình của quá trình.

Tôi muốn lưu ý rằng với sự ra đời của các công cụ tự động hóa phần mềm và phần cứng hiện đại, các máy trạm của người vận hành/điều phối hoạt động trên cơ sở phần mềm SCADA, bảng điều khiển và sơ đồ mô phỏng gắn trên tường đã không bị lãng quên một cách vĩnh viễn. Khi điều này được quyết định bởi tính thiết thực, các tổng đài và bảng điều khiển vẫn được giữ nguyên nhưng trở nên nhỏ gọn hơn.

Sự ra đời của máy tính kỹ thuật số và sau đó là máy tính cá nhân có sự tham gia của các lập trình viên trong quá trình tạo giao diện vận hành. Họ có kỹ năng máy tính, ngôn ngữ lập trình tốt và có thể viết các chương trình phức tạp. Để làm được điều này, người lập trình chỉ cần một thuật toán (một sơ đồ chính thức để giải quyết vấn đề). Nhưng vấn đề là theo quy luật, lập trình viên không sở hữu công nghệ và không “hiểu” được quy trình công nghệ. Vì vậy, để phát triển các thuật toán cần có sự tham gia của các nhà công nghệ, ví dụ như kỹ sư tự động hóa.

Một cách thoát khỏi tình trạng này đã được tìm thấy bằng việc tạo ra các phương pháp “lập trình mà không cần lập trình thực sự”, không chỉ một lập trình viên mà còn cả một kỹ sư quy trình có thể hiểu được. Kết quả là các gói phần mềm tạo giao diện người-máy (Man/Humain Machine Interface, MMI/HMI) đã xuất hiện. Ở nước ngoài, phần mềm này được gọi là SCADA (Kiểm soát giám sát và thu thập dữ liệu - giám sát/điều phối và thu thập dữ liệu), vì nó được thiết kế để phát triển và hỗ trợ chức năng cho các trạm làm việc của người vận hành/điều phối trong các hệ thống điều khiển quy trình tự động. Và vào giữa những năm 90, từ viết tắt SCADA tự tin xuất hiện trong từ vựng của các chuyên gia tự động hóa Nga.

Hóa ra là hầu hết các nhiệm vụ mà người tạo ra phần mềm cấp cao nhất cho hệ thống kiểm soát quy trình tự động trong các ngành khác nhau phải đối mặt đều có thể dễ dàng thống nhất, bởi vì chức năng của người vận hành/điều phối của hầu hết mọi hoạt động sản xuất đều khá thống nhất và có thể dễ dàng chính thức hóa.

Do đó, bộ chức năng cơ bản của hệ thống SCADA được xác định trước bởi vai trò của phần mềm này trong các hệ thống điều khiển (HMI) và được triển khai trong hầu hết các gói. Cái này:

Thu thập thông tin từ các thiết bị cấp thấp hơn (cảm biến,

bộ điều khiển);

Tiếp nhận và truyền các lệnh của người vận hành/điều phối đến bộ điều khiển và

thiết bị truyền động (điều khiển từ xa các vật thể);

Tương tác mạng với hệ thống thông tin doanh nghiệp

(với dịch vụ cao hơn);

Hiển thị các thông số và trạng thái của quá trình

thiết bị sử dụng sơ đồ, bảng biểu, đồ thị giúp ghi nhớ, v.v. một cách thuận tiện

để nhận thức về hình thức;

Thông báo cho nhân viên vận hành về các tình huống khẩn cấp và

các sự kiện liên quan đến quy trình công nghệ được kiểm soát và

hoạt động của phần mềm và phần cứng của hệ thống điều khiển quá trình tự động với

đăng ký hành động nhân sự trong các tình huống khẩn cấp.

Lưu trữ thông tin nhận được trong kho lưu trữ;

Trình bày dữ liệu hiện tại và tích lũy (được lưu trữ) dưới dạng

đồ thị (xu hướng);

Xử lý thông tin thứ cấp;

Việc hình thành các bản tóm tắt và các tài liệu báo cáo khác về những tài liệu được tạo trên

thiết kế mẫu sân khấu.

Có một số yêu cầu cơ bản đối với giao diện được tạo trên cơ sở phần mềm SCADA:

Nó phải trực quan và thân thiện với người dùng

người điều hành/điều phối;

Một lỗi vận hành sẽ không gây ra sự cố

lệnh điều khiển sai tới đối tượng.

SCADA (viết tắt từ tiếng Anh.điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu , kiểm soát công văn và thu thập dữ liệu ) - gói phần mềm được thiết kế để phát triển hoặc đảm bảo hoạt động theo thời gian thực của các hệ thống thu thập, xử lý, hiển thị và lưu trữ thông tin về một đối tượng (giám sát), cũng như khả năng kiểm soát và quản lý đối tượng này.

    chức năng SCADA

Tên SCADA chứa hai chức năng chính được gán cho các hệ thống thuộc lớp này:

    thu thập dữ liệu về quá trình được kiểm soát;

    quản lý quy trình công nghệ, được thực hiện bởi những người có trách nhiệm trên cơ sở dữ liệu và quy tắc (tiêu chí) thu thập được, việc thực hiện đảm bảo hiệu quả cao nhất của quy trình công nghệ.

Hệ thống SCADA cung cấp các chức năng sau:

    Tiếp nhận thông tin về các thông số công nghệ được điều khiển từ các bộ điều khiển và cảm biến cấp thấp hơn.

    Lưu thông tin nhận được vào kho lưu trữ.

    Xử lý thông tin nhận được.

    Trình bày bằng đồ họa về tiến trình của quy trình công nghệ, cũng như thông tin được nhận và lưu trữ ở dạng dễ đọc.

    Tiếp nhận các lệnh của người vận hành và truyền chúng đến các bộ điều khiển và cơ cấu chấp hành cấp thấp hơn.

    Đăng ký các sự kiện liên quan đến quy trình công nghệ được kiểm soát và hành động của nhân viên chịu trách nhiệm vận hành và bảo trì hệ thống.

    Thông báo cho nhân viên vận hành và bảo trì về các sự kiện khẩn cấp được phát hiện liên quan đến quy trình công nghệ được kiểm soát cũng như chức năng của phần cứng và phần mềm hệ thống điều khiển quy trình tự động bằng cách ghi lại các hành động của nhân viên trong các tình huống khẩn cấp.

    Tạo báo cáo và các tài liệu báo cáo khác dựa trên thông tin lưu trữ.

    Trao đổi thông tin với hệ thống quản lý doanh nghiệp tự động.

    Điều khiển tự động trực tiếp quy trình công nghệ theo thuật toán xác định.

  1. Đặc điểm của scada như một quy trình quản lý

Quá trình điều khiển trong hệ thống SCADA hiện đại có những đặc điểm sau:

    Quy trình SCADA được sử dụng trong các hệ thống yêu cầu sự có mặt của con người (người vận hành, người điều phối);

    quy trình SCADA được phát triển cho các hệ thống trong đó bất kỳ ảnh hưởng không chính xác nào cũng có thể dẫn đến hỏng đối tượng điều khiển hoặc thậm chí gây ra hậu quả thảm khốc;

    người vận hành thường chịu trách nhiệm chung về việc điều khiển hệ thống, trong điều kiện bình thường, đôi khi chỉ cần điều chỉnh các thông số để đạt được hiệu suất tối ưu;

    sự tham gia tích cực của người vận hành vào quá trình kiểm soát xảy ra không thường xuyên và vào những thời điểm không thể đoán trước, thường là trong trường hợp xảy ra các sự kiện nghiêm trọng (hỏng hóc, tình huống khẩn cấp, v.v.);

    hành động của người vận hành trong các tình huống quan trọng có thể bị giới hạn nghiêm ngặt về thời gian (vài phút hoặc thậm chí vài giây).

  1. Yêu cầu cơ bản đối với scada

Các yêu cầu cơ bản sau đây áp dụng cho hệ thống SCADA:

    Độ tin cậy hệ thống;

    an ninh quản lý;

    tính cởi mở, cả về kết nối các thiết bị điều khiển khác nhau và liên lạc với các chương trình khác;

    độ chính xác của việc xử lý và trình bày dữ liệu, tạo ra các khả năng phong phú để triển khai giao diện đồ họa;

    dễ dàng mở rộng hệ thống;

    sử dụng các công nghệ mới.

Yêu cầu về độ an toàn và độ tin cậy điều khiển trong hệ thống SCADA bao gồm:

    không một lỗi thiết bị nào có thể gây ra hành động (lệnh) đầu ra sai cho đối tượng điều khiển;

    không có lỗi vận hành nào có thể gây ra hành động (lệnh) đầu ra sai cho đối tượng điều khiển;

    Mọi thao tác điều khiển phải trực quan, thuận tiện cho người vận hành (điều phối viên).

  1. Đặc điểm chính của scada hiện đại

Dựa trên các yêu cầu đối với hệ thống SCADA, hầu hết các gói hiện đại đều có các khả năng cơ bản sau:

    Phát triển tự động cho phép bạn tạo phần mềm hệ thống tự động hóa mà không cần lập trình thực sự.

    Phương tiện thu thập và lưu trữ thông tin sơ cấp từ các thiết bị cấp thấp hơn.

    Phương tiện xử lý thông tin sơ cấp.

    Phương tiện để kiểm soát và ghi lại các tín hiệu khẩn cấp.

    Phương tiện lưu trữ thông tin với khả năng xử lý hậu kỳ (thường được triển khai thông qua giao diện với cơ sở dữ liệu phổ biến nhất).

    Các công cụ trực quan hóa thông tin dưới dạng biểu đồ, biểu đồ, v.v.

  1. Cấu trúc (kiến trúc) của hệ thống scada

Tất cả các hệ thống SCADA hiện đại đều bao gồm ba thành phần cấu trúc chính (Hình.).

Các thành phần cấu trúc chính của hệ thống SCADA.

XaPhần cuốiĐơn vị (RTU) - một thiết bị đầu cuối từ xa xử lý tác vụ (điều khiển) trong thời gian thực.

Có hai loại hệ thống thời gian thực: hệ thống thời gian thực cứng và hệ thống thời gian thực mềm.

Hệ thống thời gian thực cứng không được phép chậm trễ

Phạm vi triển khai RTU rất rộng - từ các cảm biến nguyên thủy thu thập thông tin từ một đối tượng đến các hệ thống máy tính có khả năng chịu lỗi đa bộ xử lý chuyên dụng xử lý thông tin và kiểm soát trong thời gian thực cứng. Việc triển khai cụ thể của nó được xác định bởi ứng dụng cụ thể. Việc sử dụng các thiết bị xử lý thông tin cấp thấp giúp giảm yêu cầu về băng thông cho các kênh liên lạc với trung tâm điều khiển trung tâm.

Bậc thầyPhần cuốiĐơn vị (MTU) - Trung tâm điều hành điều độ (nhà ga chính); thực hiện xử lý và kiểm soát dữ liệu cấp cao, thường là trong thời gian thực mềm. Một trong những chức năng chính là cung cấp giao diện giữa người vận hành và hệ thống. MTU có thể được triển khai dưới nhiều hình thức khác nhau - từ một máy tính duy nhất với các thiết bị bổ sung để kết nối các kênh liên lạc đến các hệ thống máy tính lớn và/hoặc máy trạm và máy chủ được tích hợp vào mạng cục bộ.

Giao tiếpHệ thống (CS) - hệ thống liên lạc (các kênh liên lạc) cần thiết để truyền dữ liệu từ các điểm từ xa (đối tượng, thiết bị đầu cuối) đến giao diện trung tâm của người vận hành-điều phối và truyền tín hiệu điều khiển đến RTU.

Kiểm soát giám sát và thu thập dữ liệu SCADA là phương pháp chính và hiện vẫn là phương pháp điều khiển tự động hứa hẹn nhất đối với các hệ thống (quy trình) động phức tạp trong các lĩnh vực quan trọng và quan trọng theo quan điểm về an toàn và độ tin cậy. Dựa trên các nguyên tắc điều khiển điều phối mà các hệ thống tự động lớn được xây dựng trong các lĩnh vực công nghiệp và năng lượng, giao thông, vũ trụ và quân sự cũng như trong các cơ quan chính phủ khác nhau.

Trong 10-15 năm qua, sự quan tâm đến các vấn đề xây dựng hệ thống thu thập dữ liệu và kiểm soát điều phối hiệu quả và có độ tin cậy cao đã tăng mạnh ở nước ngoài. Một mặt, điều này là do sự tiến bộ đáng kể trong lĩnh vực công nghệ máy tính, phần mềm và viễn thông, giúp tăng cường khả năng và mở rộng phạm vi ứng dụng của các hệ thống tự động. Mặt khác, sự phát triển của công nghệ thông tin, mức độ tự động hóa ngày càng tăng và sự phân bổ lại chức năng giữa con người và thiết bị đã làm trầm trọng thêm vấn đề tương tác giữa người vận hành con người và hệ thống điều khiển. Điều tra và phân tích phần lớn các vụ tai nạn, sự cố trong ngành hàng không, giao thông đường bộ, đường thủy, công nghiệp và năng lượng, trong đó có một số vụ gây ra hậu quả thảm khốc, cho thấy trong những năm 60, lỗi của con người là nguyên nhân ban đầu chỉ gây ra 20% số vụ việc (80). %, do trục trặc và hỏng hóc về công nghệ), thì vào những năm 90, tỷ lệ yếu tố con người đã tăng lên 80%, và do sự cải tiến không ngừng của công nghệ và độ tin cậy của thiết bị và máy móc điện tử ngày càng tăng, tỷ lệ này có thể tăng lên.

Lý do chính cho những xu hướng như vậy là do cách tiếp cận truyền thống cũ trong việc xây dựng các hệ thống điều khiển tự động phức tạp, thường được sử dụng ngày nay: tập trung chủ yếu vào việc sử dụng các thành tựu kỹ thuật (công nghệ) mới nhất, mong muốn tăng mức độ tự động hóa và chức năng của hệ thống, đồng thời, đánh giá thấp nhu cầu xây dựng giao diện người-máy hiệu quả (Giao diện người-máy HMI), tức là. giao diện hướng tới người dùng (người vận hành). Không phải ngẫu nhiên mà cụ thể trong 15 năm qua, tức là. Thời kỳ xuất hiện của các công cụ tính toán mạnh mẽ, nhỏ gọn và rẻ tiền đã đánh dấu đỉnh cao nghiên cứu ở Hoa Kỳ về các vấn đề liên quan đến yếu tố con người trong các hệ thống điều khiển, bao gồm tối ưu hóa kiến ​​trúc và giao diện HMI của các hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu.

Việc nghiên cứu các tài liệu về vấn đề xây dựng hệ thống kiểm soát điều độ hiệu quả và đáng tin cậy cho thấy sự cần thiết phải sử dụng một cách tiếp cận mới khi phát triển các hệ thống đó: thiết kế lấy con người làm trung tâm (hoặc từ trên xuống, từ trên xuống), tức là thiết kế lấy con người làm trung tâm. tập trung chủ yếu vào con người vận hành (người điều phối) và các nhiệm vụ của anh ta, thay vì cách làm truyền thống và được sử dụng rộng rãi lấy phần cứng làm trung tâm (hoặc từ dưới lên, từ dưới lên), trong đó, khi xây dựng hệ thống, người ta chú ý chính đến việc lựa chọn và phát triển các phương tiện kỹ thuật (thiết bị và phần mềm). Việc sử dụng một cách tiếp cận mới trong phát triển hàng không và không gian thực cũng như các thử nghiệm so sánh các hệ thống tại Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Quốc gia (NASA), Hoa Kỳ, đã khẳng định tính hiệu quả của nó, cho phép tăng năng suất của người vận hành, giảm các lỗi thủ tục ở mức độ lớn. và giảm các lỗi nghiêm trọng (không thể sửa được) xuống bằng 0. lỗi của người vận hành.

Định nghĩa và cấu trúc chung của SCADA

SCADA là quá trình thu thập thông tin theo thời gian thực từ các điểm (đối tượng) từ xa để xử lý, phân tích và quản lý các đối tượng từ xa. Yêu cầu xử lý theo thời gian thực là do nhu cầu gửi (phát hành) tất cả các sự kiện (tin nhắn) và dữ liệu cần thiết đến giao diện trung tâm của người vận hành (người điều phối). Đồng thời, khái niệm thời gian thực cũng khác nhau đối với các hệ thống SCADA khác nhau.

Nguyên mẫu của hệ thống SCADA hiện đại trong giai đoạn đầu phát triển hệ thống điều khiển tự động là hệ thống đo từ xa và báo động.

Tất cả các hệ thống SCADA hiện đại đều bao gồm ba thành phần cấu trúc chính:

Thiết bị đầu cuối từ xa (RTU) một thiết bị đầu cuối từ xa xử lý một tác vụ (điều khiển) trong thời gian thực. Phạm vi triển khai của nó rất rộng, từ các cảm biến nguyên thủy thu thập thông tin từ một đối tượng đến các hệ thống máy tính có khả năng chịu lỗi đa bộ xử lý chuyên dụng xử lý thông tin và kiểm soát trong thời gian thực cứng. Việc triển khai cụ thể của nó được xác định bởi ứng dụng cụ thể. Việc sử dụng các thiết bị xử lý thông tin ở mức độ thấp giúp giảm yêu cầu về băng thông cho các kênh liên lạc với trung tâm điều khiển trung tâm.

Thiết bị đầu cuối chính (MTU), Trạm chủ (MS) trung tâm điều khiển (nhà ga chính); thực hiện xử lý và kiểm soát dữ liệu cấp cao, thường là trong thời gian thực mềm (gần như); Một trong những chức năng chính là cung cấp giao diện giữa người vận hành và hệ thống (HMI, MMI). Tùy thuộc vào hệ thống cụ thể, MTU có thể được triển khai dưới nhiều hình thức khác nhau, từ một máy tính duy nhất với các thiết bị bổ sung kết nối với các kênh liên lạc đến các hệ thống máy tính lớn (máy tính lớn) và/hoặc máy trạm và máy chủ được tích hợp vào mạng cục bộ. Theo quy định, khi xây dựng MTU, nhiều phương pháp khác nhau được sử dụng để tăng độ tin cậy và bảo mật của hệ thống.

Hệ thống thông tin liên lạc (CS) một hệ thống liên lạc (các kênh liên lạc) là cần thiết để truyền dữ liệu từ các điểm từ xa (đối tượng, thiết bị đầu cuối) đến giao diện trung tâm của người vận hành-điều phối và truyền tín hiệu điều khiển đến RTU (hoặc một đối tượng từ xa, tùy thuộc vào thiết kế cụ thể của hệ thống ).

Cấu trúc chức năng của SCADA

Có hai loại quản lý đối tượng từ xa trong SCADA:

  • tự động,
  • do người vận hành hệ thống khởi xướng.

Có bốn thành phần chức năng chính của hệ thống thu thập dữ liệu và kiểm soát giám sát:

  • người vận hành con người,
  • máy tính tương tác của con người,
  • tương tác của máy tính với một tác vụ (đối tượng),
  • nhiệm vụ (đối tượng điều khiển).

Chức năng của người vận hành con người trong hệ thống điều khiển giám sát, dưới dạng một tập hợp các vòng lặp lồng nhau trong đó người vận hành:

  • lên kế hoạch những bước tiếp theo cần thực hiện;
  • huấn luyện (chương trình) hệ thống máy tính cho các hành động tiếp theo;
  • giám sát kết quả vận hành (bán) tự động của hệ thống;
  • can thiệp vào quy trình trong trường hợp xảy ra các sự kiện quan trọng khi quá trình tự động hóa không thể đối phó hoặc nếu cần điều chỉnh (điều chỉnh) các tham số quy trình;
  • vừa học vừa làm (có được kinh nghiệm).

Sự đại diện này của SCADA là cơ sở cho việc phát triển các phương pháp hiện đại để xây dựng hệ thống điều độ hiệu quả.

Đặc điểm của SCADA như một quá trình điều khiển

Đặc điểm của quy trình điều khiển trong hệ thống điều độ hiện đại:

  • Quy trình SCADA được sử dụng trong các hệ thống yêu cầu sự có mặt của con người (người vận hành, người điều phối);
  • quy trình SCADA được phát triển cho các hệ thống trong đó bất kỳ tác động không chính xác nào cũng có thể dẫn đến hỏng hóc (mất) đối tượng điều khiển hoặc thậm chí là hậu quả thảm khốc;
  • người vận hành thường chịu trách nhiệm chung về việc điều khiển hệ thống, trong điều kiện bình thường, đôi khi chỉ cần điều chỉnh các thông số để đạt được hiệu suất tối ưu;
  • sự tham gia tích cực của người vận hành vào quá trình kiểm soát xảy ra không thường xuyên và vào những thời điểm không thể đoán trước, thường là trong trường hợp xảy ra các sự kiện nghiêm trọng (hỏng hóc, tình huống khẩn cấp, v.v.);
  • hành động của người vận hành trong các tình huống quan trọng có thể bị giới hạn nghiêm ngặt về thời gian (vài phút hoặc thậm chí vài giây).

Yêu cầu cơ bản đối với hệ thống điều khiển điều độ

Các yêu cầu cơ bản sau đây áp dụng cho hệ thống SCADA:

  • độ tin cậy của hệ thống (công nghệ và chức năng);
  • an ninh quản lý;
  • độ chính xác của việc xử lý và trình bày dữ liệu;
  • dễ dàng mở rộng hệ thống.

Các yêu cầu về bảo mật và độ tin cậy để điều khiển trong SCADA bao gồm:

  • không một lỗi thiết bị nào có thể gây ra hành động (lệnh) đầu ra sai cho đối tượng điều khiển;
  • không có lỗi vận hành nào có thể gây ra hành động (lệnh) đầu ra sai cho đối tượng điều khiển;
  • mọi thao tác điều khiển phải trực quan, thuận tiện cho người vận hành (điều phối viên).

Các lĩnh vực ứng dụng của hệ thống SCADA

Các lĩnh vực ứng dụng chính của hệ thống điều độ điều độ (theo nguồn tin nước ngoài) là:

  • quản lý truyền tải và phân phối điện;
  • sản xuất công nghiệp;
  • sản xuất điện;
  • lấy nước, xử lý và phân phối nước;
  • sản xuất, vận chuyển và phân phối dầu khí;
  • quản lý các vật thể không gian;
  • quản lý vận tải (tất cả các loại hình vận tải: hàng không, tàu điện ngầm, đường sắt, đường bộ, đường thủy);
  • viễn thông;
  • khu quân sự.

Hiện nay, ở các nước phát triển, việc áp dụng các hệ thống điều khiển tự động hiện có mới và hiện đại hóa đang gia tăng thực sự trong các lĩnh vực khác nhau của nền kinh tế; Trong phần lớn các trường hợp, các hệ thống này được xây dựng dựa trên nguyên tắc kiểm soát giám sát và thu thập dữ liệu. Đặc điểm là trong lĩnh vực công nghiệp (trong các ngành công nghiệp sản xuất và khai thác mỏ, năng lượng, v.v.), việc hiện đại hóa các cơ sở sản xuất hiện có bằng hệ thống SCADA thế hệ mới thường được nhắc đến nhiều nhất. Hiệu quả của việc áp dụng hệ thống quản lý mới được tính toán tùy theo loại hình doanh nghiệp, từ hàng trăm nghìn đến hàng triệu USD mỗi năm; Ví dụ, đối với một trạm nhiệt trung bình, theo các chuyên gia, là từ 200.000 đến 400.000 đô la. Người ta chú ý nhiều đến việc hiện đại hóa các ngành công nghiệp gây nguy hiểm cho môi trường (doanh nghiệp hóa chất và hạt nhân), cũng như những ngành đóng vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ cuộc sống của các khu dân cư (cấp nước, thoát nước, v.v.). Từ đầu những năm 90, việc nghiên cứu và phát triển chuyên sâu đã bắt đầu ở Hoa Kỳ trong lĩnh vực tạo ra hệ thống điều khiển vận tải mặt đất (phương tiện) tự động ATMS (Hệ thống quản lý giao thông nâng cao).

Xu hướng phát triển các phương tiện kỹ thuật của hệ thống điều độ điều độ

Xu hướng chung

  • Tiến bộ trong lĩnh vực công nghệ thông tin đã dẫn đến sự phát triển của cả 3 thành phần cấu trúc chính của hệ thống điều khiển và thu thập dữ liệu RTU, MTU, CS, giúp tăng cường đáng kể khả năng của chúng; Như vậy, số lượng điểm từ xa được điều khiển trong hệ thống SCADA hiện đại có thể lên tới 100.000.
  • Xu hướng chính trong việc phát triển các phương tiện kỹ thuật (phần cứng và phần mềm) của SCADA là chuyển sang các hệ thống mở hoàn toàn. Kiến trúc mở cho phép bạn lựa chọn độc lập các thành phần hệ thống khác nhau từ các nhà sản xuất khác nhau; kết quả là tăng cường chức năng, bảo trì dễ dàng hơn và giảm chi phí cho hệ thống SCADA.

Thiết bị đầu cuối từ xa (RTU)

  • Xu hướng chính trong việc phát triển thiết bị đầu cuối từ xa là tăng tốc độ xử lý và tăng cường khả năng trí tuệ của chúng. Các thiết bị đầu cuối hiện đại được xây dựng trên nền tảng công nghệ vi xử lý, hoạt động dưới sự điều khiển của hệ điều hành thời gian thực, nếu cần thiết sẽ được kết hợp thành mạng và tương tác trực tiếp hoặc thông qua mạng với các cảm biến điện tử thông minh của đối tượng được điều khiển và cấp trên. máy tính cấp độ.
  • Việc triển khai RTU cụ thể phụ thuộc vào ứng dụng. Đây có thể là các máy tính chuyên dụng (on-board), bao gồm hệ thống đa bộ xử lý, máy vi tính thông thường hoặc máy tính cá nhân (PC); Đối với hệ thống công nghiệp và giao thông, có hai hướng cạnh tranh trong công nghệ RTU: PC công nghiệp (công nghiệp) và bộ điều khiển logic khả trình (trong bản dịch tiếng Nga thuật ngữ bộ điều khiển công nghiệp thường được sử dụng) PLC.

Máy tính công nghiệp Theo quy định, chúng là phần mềm tương thích với các máy PC thương mại thông thường, nhưng được điều chỉnh để phù hợp với các điều kiện vận hành khắc nghiệt, theo nghĩa đen là để lắp đặt trong sản xuất, nhà xưởng, trạm nén khí, v.v. Sự thích ứng không chỉ áp dụng cho thiết kế mà còn cho kiến ​​trúc và mạch điện, vì những thay đổi về nhiệt độ môi trường dẫn đến sự sai lệch trong các thông số điện. Là thiết bị giao diện với đối tượng điều khiển, các hệ thống này được trang bị thêm thẻ mở rộng (bộ điều hợp), trong đó có rất nhiều loại trên thị trường từ nhiều nhà sản xuất khác nhau (cũng như chính các nhà cung cấp PC công nghiệp). Windows NT ngày càng được sử dụng làm hệ điều hành trong các PC công nghiệp hoạt động như thiết bị đầu cuối từ xa, bao gồm nhiều tiện ích mở rộng thời gian thực khác nhau được phát triển đặc biệt cho hệ điều hành này (xem bên dưới để biết thêm chi tiết).

Bộ điều khiển công nghiệp (PLC) là các thiết bị điện toán chuyên dụng được thiết kế để điều khiển các tiến trình (đối tượng) trong thời gian thực. Bộ điều khiển công nghiệp có lõi tính toán và mô-đun đầu vào/đầu ra nhận thông tin (tín hiệu) từ cảm biến, công tắc, bộ chuyển đổi, thiết bị và bộ điều khiển khác, đồng thời điều khiển một quá trình hoặc đối tượng bằng cách phát tín hiệu điều khiển đến bộ truyền động, van, công tắc và bộ truyền động khác. Các PLC hiện đại thường được nối mạng (RS-485, Ethernet, nhiều loại bus công nghiệp khác nhau) và phần mềm được phát triển cho chúng cho phép chúng được lập trình và điều khiển ở dạng thuận tiện cho người vận hành thông qua máy tính đặt ở cấp cao nhất của SCADA hệ thống trong phòng điều khiển (MTU). Nghiên cứu thị trường PLC đã chỉ ra rằng các bộ điều khiển của Siemens, Fanuc Automation (General Electric), Allen-Bradley (Rockwell) và Mitsubishi có kiến ​​trúc, phần mềm và chức năng phát triển nhất. Cũng được quan tâm là các sản phẩm của MICROSYSTEMS KIỂM SOÁT, bộ điều khiển công nghiệp cho hệ thống giám sát và điều khiển cho các mỏ dầu khí, đường ống, trạm biến áp điện, cấp nước đô thị, xử lý nước thải và kiểm soát ô nhiễm môi trường.

Rất nhiều tài liệu và nghiên cứu về tự động hóa công nghiệp được dành cho sự cạnh tranh giữa hai lĩnh vực PC và PLC; Mỗi tác giả đưa ra một số lượng lớn các lập luận ủng hộ và phản đối từng hướng đi. Tuy nhiên, một xu hướng chính có thể được xác định: khi cần tăng độ tin cậy và kiểm soát thời gian thực cứng, PLC sẽ được sử dụng. Điều này chủ yếu liên quan đến các ứng dụng trong các hệ thống hỗ trợ sự sống (ví dụ, cấp nước, điện), hệ thống giao thông, năng lượng và các doanh nghiệp công nghiệp gây ra nguy cơ môi trường ngày càng tăng. Các ví dụ bao gồm việc sử dụng PLC Simatic (Siemens) để điều khiển nguồn điện của đường ray đơn ở Đức hoặc sử dụng bộ điều khiển Allen-Bradley (Rockwell) để hiện đại hóa hệ thống điều khiển điều hòa không khí và thông gió khẩn cấp đã lỗi thời tại Nhà máy Plutonium 4 ở Los Alamos. . Phần cứng PLC cho phép bạn xây dựng hiệu quả các hệ thống có khả năng chịu lỗi cho các ứng dụng quan trọng dựa trên nhiều dự phòng. PC công nghiệp được sử dụng chủ yếu trong các lĩnh vực ít quan trọng hơn (ví dụ: trong ngành công nghiệp ô tô, hiện đại hóa sản xuất của General Motors), mặc dù có những ví dụ về các ứng dụng quan trọng hơn (tàu điện ngầm Warsaw, điều khiển tàu hỏa). Theo các chuyên gia, việc xây dựng hệ thống dựa trên PLC thường là lựa chọn ít tốn kém hơn so với máy tính công nghiệp.

Kênh truyền thông (CS)

Kênh liên lạc cho hệ thống điều độ hiện đại rất đa dạng; việc lựa chọn một giải pháp cụ thể phụ thuộc vào kiến ​​trúc hệ thống, khoảng cách giữa bộ điều khiển (MTU) và RTU, số lượng điểm được kiểm soát, các yêu cầu về thông lượng và độ tin cậy của kênh cũng như tính khả dụng của các đường truyền thông thương mại sẵn có.

Xu hướng phát triển của CS như một thành phần cấu trúc của hệ thống SCADA có thể được coi là việc sử dụng không chỉ nhiều kênh truyền thông chuyên dụng (ISDN, ATM, v.v.) mà còn cả mạng máy tính doanh nghiệp và xe buýt công nghiệp chuyên dụng.

Trong các hệ thống công nghiệp, năng lượng và giao thông hiện đại, xe buýt công nghiệp đã trở nên phổ biến rộng rãi - các kênh liên lạc tốc độ cao chuyên dụng giúp giải quyết hiệu quả vấn đề về độ tin cậy và khả năng chống ồn của các kết nối ở các cấp độ tự động hóa phân cấp khác nhau. Có ba loại xe buýt công nghiệp chính, mô tả mục đích của chúng (vị trí trong hệ thống) và mức độ phức tạp của thông tin được truyền đi: Cảm biến, Thiết bị, Trường. Nhiều loại lốp công nghiệp bao gồm hai hoặc thậm chí cả ba loại.

Trong số nhiều loại xe buýt công nghiệp được sử dụng trên khắp thế giới (khoảng 70 loại được lắp đặt trong các hệ thống khác nhau chỉ riêng ở Đức), cần nhấn mạnh phiên bản công nghiệp của Ethernet và PROFIBUS, phiên bản phổ biến nhất hiện nay và rõ ràng là hứa hẹn nhất. Việc sử dụng các giao thức chuyên biệt trong Ethernet công nghiệp cho phép bạn tránh được tính không xác định vốn có của bus này (do phương thức truy cập thuê bao CSMA/CD), đồng thời tận dụng các ưu điểm của nó như một giao diện mở. Bus PROFIBUS hiện là một trong những bus hứa hẹn nhất để sử dụng trong các hệ thống điều khiển công nghiệp và giao thông; nó cung cấp khả năng truyền dữ liệu chống ồn tốc độ cao (lên tới 12 Mbaud) (khoảng cách mã = ​​4) trên khoảng cách lên tới 90 km. Ví dụ, trên cơ sở chiếc xe buýt này, một hệ thống điều khiển tàu tự động ở tàu điện ngầm Warsaw đã được xây dựng.

Tháp điều khiển (MTU)

Xu hướng chính trong việc phát triển MTU (tháp điều khiển) là sự chuyển đổi của hầu hết các nhà phát triển hệ thống SCADA sang kiến ​​trúc client-server, bao gồm 4 thành phần chức năng.

1. Giao diện người dùng (người vận hành)(giao diện người dùng/người vận hành) là một thành phần cực kỳ quan trọng của hệ thống SCADA. Nó được đặc trưng bởi a) tiêu chuẩn hóa giao diện người dùng trên một số nền tảng; b) ảnh hưởng ngày càng tăng của Windows NT; c) sử dụng giao diện đồ họa người dùng (GUI) tiêu chuẩn; d) Các công nghệ lập trình hướng đối tượng: DDE, OLE, Active X, OPC (OLE for Process Control), DCOM; e) các công cụ phát triển ứng dụng tiêu chuẩn, trong đó phổ biến nhất là Visual Basic for Application (VBA), Visual C++; f) sự xuất hiện của các phiên bản thương mại của phần mềm lớp SCADA/MMI cho nhiều nhiệm vụ. Tính độc lập của đối tượng cho phép giao diện người dùng thể hiện các đối tượng ảo được tạo bởi các hệ thống khác. Kết quả là khả năng tối ưu hóa giao diện HMI được tăng lên.

2. Quản lý dữ liệu(quản lý dữ liệu) chuyển từ cơ sở dữ liệu chuyên môn cao sang hỗ trợ cho hầu hết các cơ sở dữ liệu quan hệ của công ty (Microsoft SQL, Oracle). Chức năng quản lý dữ liệu và tạo báo cáo được thực hiện bằng các công cụ SQL và 4GL tiêu chuẩn; Tính độc lập dữ liệu này tách biệt các chức năng quản lý và truy cập dữ liệu khỏi các mục tiêu SCADA, cho phép dễ dàng phát triển các ứng dụng quản lý và phân tích dữ liệu bổ sung.

3. Mạng & Dịch vụ(mạng và dịch vụ) chuyển sang sử dụng các công nghệ và giao thức mạng tiêu chuẩn. Các dịch vụ quản lý mạng, bảo mật và kiểm soát truy cập, giám sát giao dịch, truyền thư, quét các tài nguyên (quy trình) có sẵn có thể được thực hiện độc lập với mã chương trình SCADA mục tiêu do nhà cung cấp khác phát triển.

4. Dịch vụ thời gian thực(dịch vụ thời gian thực) giải phóng MTU khỏi tải của các thành phần được liệt kê ở trên cho phép bạn tập trung vào các yêu cầu về hiệu suất cho các tác vụ thời gian thực và gần như thời gian thực. Các dịch vụ này là bộ xử lý tốc độ cao quản lý việc trao đổi thông tin với các quy trình RTU và SCADA, quản lý phần thường trú của cơ sở dữ liệu, thông báo về các sự kiện, thực hiện các hành động quản lý hệ thống và truyền thông tin về các sự kiện đến giao diện người dùng (người vận hành).

hệ điều hành

Bất chấp cuộc tranh luận đang diễn ra giữa các chuyên gia hệ thống điều khiển về việc cái nào tốt hơn, UNIX hay Windows NT? , thị trường rõ ràng đã chọn cái sau. Yếu tố quyết định cho sự phát triển nhanh chóng về mức độ phổ biến của Windows NT là kiến ​​trúc mở và các công cụ phát triển ứng dụng hiệu quả của nó, cho phép nhiều công ty phát triển tạo ra các sản phẩm phần mềm để giải quyết nhiều vấn đề.

Việc sử dụng Windows NT ngày càng tăng trong các hệ thống điều khiển tự động phần lớn là do sự xuất hiện của một số sản phẩm phần mềm cho phép nó được sử dụng làm nền tảng để tạo các ứng dụng quan trọng trong hệ thống thời gian thực, cũng như trong các cấu hình nhúng. Các phần mở rộng thời gian thực nổi tiếng nhất dành cho Windows NT là các sản phẩm của VenturCom, Nematron và RadiSys.

Các giải pháp của VenturCom đã trở thành tiêu chuẩn thực tế để tạo ra các ứng dụng thời gian thực quan trọng trên nền tảng Windows NT. Khi phát triển giao diện cho các ứng dụng thời gian thực, các nhà phát triển của công ty đã đi theo con đường sửa đổi mô-đun Windows NT của lớp trừu tượng phần cứng (Lớp trừu tượng phần cứng HAL), lớp này chịu trách nhiệm tạo ra các ngắt hệ thống có mức độ ưu tiên cao gây cản trở nhiệm vụ của kiểm soát trong thời gian thực cứng. Phần mềm Component Integrator của VenturCom là một phương tiện đẩy nhanh việc phát triển và triển khai các ứng dụng thời gian thực cho Windows NT; nó là một gói tích hợp bao gồm các công cụ để tạo các ứng dụng nhúng (Bộ công cụ nhúng ECK) và các tiện ích mở rộng thời gian thực thực tế (RTX 4.1), cho phép các ứng dụng được tạo để chạy trong Windows NT chạy trong thời gian thực.

RadiSys đã thực hiện một cách tiếp cận khác để phát triển các tiện ích mở rộng thời gian thực: Windows NT khởi động như một tác vụ có mức độ ưu tiên thấp trong hệ điều hành thời gian thực iRMX đã được thử nghiệm kỹ lưỡng và nổi tiếng trong khoảng 20 năm. Tất cả các chức năng điều khiển và xử lý thời gian thực đều chạy dưới dạng tác vụ có mức độ ưu tiên cao trong iRMX, được cách ly trong bộ nhớ với các ứng dụng và trình điều khiển Windows NT bằng cơ chế bảo vệ của bộ xử lý. Cách tiếp cận này có ưu điểm so với giải pháp VenturCom là tác vụ thời gian thực độc lập với Windows NT: trong trường hợp xảy ra sự cố hoặc lỗi hệ thống nghiêm trọng trong Windows NT, tác vụ điều khiển thời gian thực sẽ tiếp tục chạy. Giải pháp này cho phép bạn thông báo cho nhiệm vụ chính về các vấn đề phát sinh trong quá trình hoạt động của NT và chỉ có quyền tiếp tục làm việc hoặc dừng toàn bộ hệ thống.

Cần lưu ý rằng trong các hệ thống SCADA, yêu cầu về thời gian thực cứng (tức là khả năng phản hồi/xử lý các sự kiện trong các khoảng thời gian được xác định rõ ràng, đảm bảo), theo quy định, chỉ áp dụng cho các thiết bị đầu cuối từ xa; trong các đơn vị điều khiển công văn (MTU), các sự kiện (quy trình, đối tượng) được xử lý/quản lý trong thời gian thực mềm (gần như).

Phần mềm ứng dụng

Tập trung vào kiến ​​trúc mở khi xây dựng hệ thống thu thập dữ liệu và kiểm soát giám sát cho phép các nhà phát triển các hệ thống này tập trung trực tiếp vào nhiệm vụ SCADA mục tiêu là thu thập và xử lý dữ liệu, giám sát, phân tích sự kiện, kiểm soát và triển khai giao diện HMI.

Theo quy định, phần mềm mục tiêu cho hệ thống điều khiển tự động được chính các nhà cung cấp hệ thống này phát triển cho một ứng dụng cụ thể.