Технология и процессы построения SCADA-систем

2. Архитектурное построение SCADA-систем

       Одной из первых задач, поставленных перед  разработчиками SCADA, стала задача организации многопользовательских систем управления, то есть систем, способных поддерживать достаточно большое количество АРМ пользователей (клиентов).В результате появилась клиент-серверная технология или архитектура .

       Клиент - северная архитектура характеризуется  наличием двух взаимодействующих самостоятельных  процессов – клиента и сервера, которые, в общем случае, могут  выполняться на разных компьютерах, обмениваясь данными по сети. По такой схеме могут быть построены  системы управления технологическими процессами, системы обработки данных на основе СУБД и т.п.

Рис.2. Клиент-серверная  архитектура 

       Клиент-серверная  архитектура предполагает, что вся  информация о технологическом процессе от контроллеров собирается и обрабатывается на сервере ввода/вывода (сервер базы данных), к которому по сети подключаются АРМ клиентов.

       Количество  операторских станций, серверов ввода/вывода (серверов БД) определяется на стадии проектирования и зависит, прежде всего, от объема перерабатываемой в системе информации. Для небольших систем управления функции ввода/вывода и станции оператора (HMI) могут быть совмещены на одном компьютере.

       В сетевых распределенных системах средствами SCADA/HMI стало возможным создавать станции (узлы) различного функционального назначения: станции операторов/диспетчеров, серверы с функциями HMI, «слепые» серверы (без функции HMI), станции мониторинга (только просмотр без прав на управление) для специалистов и руководителей и другие.

       SCADA-программы имеют в своем составе два взаимозависимых модуля: Development (среда разработки проекта) и Runtime (среда исполнения). Эти модули могут устанавливаться на разные компьютеры. Например, станции оператора, как правило, являются узлами Runtime (или View) с полным набором функций человеко-машинного интерфейса. При этом хотя бы один компьютер в сети должен быть типа Development. На таких узлах проект разрабатывается, корректируется, а также может исполняться. Некоторые SCADA-системы допускают внесение изменений в проект без остановки работы всей системы.

       С точки зрения структурного построения SCADA-пакетов различают:

• системы, обеспечивающие полный набор базовых функций HMI;
• системы, состоящие из модулей, реализующих отдельные функции HMI;

       Системы, обеспечивающие полный набор базовых  функций, могут комплектоваться  дополнительными опциями, реализующими необязательные в применении функции  контроля и управления.

       Во  втором случае система создается  полностью модульной (сервер ввода/вывода, сервер алармов, сервер трендов и т.д.). Для небольших проектов все модули могут исполняться на одном компьютере. В проектов с большим количеством переменных модули можно распределить на несколько компьютеров в разных сочетаниях.

       Например, SCADA Citect имеет в своем составе пять функциональных модулей (серверов или клиентов):

• I/O – сервер ввода/вывода. Обеспечивает передачу данных между физическими устройствами ввода/вывода и другими модулями Citect.
• Display – клиент визуализации. Обеспечивает операторский интерфейс: отображение данных, поступающих от других модулей Citect и управление выполнением команд оператора.
• Alarms – сервер алармов. Отслеживает данные, сравнивает их с допустимыми пределами, проверяет выполнение заданных условий и отображает алармы на соответствующем узле визуализации.
• Trends – сервер трендов. Собирает и регистрирует трендовую информацию, позволяя отображать развитие процесса в реальном масштабе времени или в ретроспективе.
• Reports – сервер отчетов. Генерирует отчеты по истечении определенного времени, при возникновении определенного события, или по запросу оператора.

       В одной сети можно использовать только один сервер алармов, сервер трендов  и сервер отчетов. В то же время  допускается использование нескольких серверов ввода/вывода (I/O Server). Количество компьютеров с установленным модулем Display (обеспечивающим операторский интерфейс) в сети практически неограниченно. 
 
 
 
 
 
 
 
 

3. SCADA как открытая система

       Одна  из важнейших проблем, возникающих  в АСУ ТП, при автоматизации  измерений и в других областях, заключается в резком увеличении стоимости системы с ростом ее сложности. Объективная причина  этого явления состоит в том, что сложные системы часто  изготавливаются в единичных  экземплярах, а это не позволяет  сделать их дешевыми.

       Распространенный  метод решения указанной проблемы состоит в делении системы  на модули таким образом, чтобы каждый из них становился коммерчески эффективным изделием и мог изготавливаться несколькими конкурирующими производителями в больших количествах. Однако при этом возникает проблема аппаратной и программной совместимости модулей. Для достижения совместимости интерфейс, конструктив и выполняемые функции таких модулей должны быть стандартизованы.

       Открытой называется модульная система, которая допускает замену любого модуля на аналогичный модуль другого производителя, имеющийся в свободной продаже по конкурентоспособным ценам, а интеграция системы с другими системами (в том числе с пользователем) выполняется без преодоления чрезмерных проблем.

       Открытость  можно рассматривать на разных уровнях  иерархии программного и аппаратного  обеспечения системы или ее составных  частей. Открытыми, например, могут  быть:

• физические интерфейсы, протоколы обмена, методы контроля ошибок, системы адресации, форматы данных, типы организации сети, интерфейсы между программами, диапазоны изменения аналоговых сигналов;
• пользовательские интерфейсы, языки программирования контроллеров, управляющие команды модулей ввода-вывода, языки управления базами данных, операционные системы, средства связи аппаратуры с программным обеспечением;
• конструкционные элементы (шкафы, стойки, корпуса, разъемы, крепежные элементы);

       Под открытостью системы иногда понимают ее соответствие современным промышленным стандартам, которое обеспечивает возможность  интеграции с другими открытыми  системами. Однако понятие открытости нужно трактовать шире: оно должно подразумевать, что система не только удовлетворяет стандартам, но стандарт является общепризнанным, а в свободной продаже имеются аналогичные системы других производителей по конкурентоспособным ценам.

       Для SCADA системы признаками открытости являются совместимость со стандартом ОРС, совместимость с широко доступными компьютерами с различными операционными системами (желательно), совместимость с ActiveX, COM и DLL компонентами других производителей, поддержка языков стандарта IEC 61131-3 (языки программирования для ПЛК), наличие встроенного стандартного алгоритмического языка (например, Visual Basic) для реализации функций, которые невозможно реализовать другими средствами SCADA-пакета, возможность работы как с малым, так и большим количеством тегов без необходимости переобучения обслуживающего персонала, возможность применения веб-браузера в качестве пользовательского интерфейса для увеличения количества подключаемых рабочих станций, наличие пользовательского интерфейса, аналогичного интерфейсам других производителей, совместимость со стандартными базами данных и другими приложениями (например, Microsoft Office), расположенными на любых компьютерах сети.

       Для промышленных сетей открытость означает наличие в свободной продаже  сетевой аппаратуры от разных производителей по конкурентоспособным ценам, совместимой  с открытыми стандартами.