Удаленный сбор и мониторинг данных как основная функция системы SCADA и РСУ, ПЛК, аналогичны автоматизации промышленных процессов и информатизации незаменимой базовой системы.
СКАДА-система
SCADA — это аббревиатура SupervisoryControI And Data AcquiSition System (система сбора данных и диспетчерского контроля). Система SCADA — это распределение удаленных-децентрализованных производственных единиц производственной системы системы сбора данных, мониторинга и управления.
Он имеет широкий спектр применения, может использоваться в электроэнергетике, металлургии, нефтяной, химической и других областях сбора данных, мониторинга, управления и управления процессами и во многих других областях, которые более широко используются в энергосистеме, развитие технологий также является наиболее зрелым. Он занимает важное место в системе телеуправления и может контролировать и контролировать работающее оборудование на-объекте, реализуя функции сбора данных, управления оборудованием, измерения, настройки параметров и различных типов сигналов тревоги, то есть то, что мы знаем как «четырех-дистанционных» функции.
RTU (удаленный терминальный блок) и FTU (фидерный терминальный блок) являются его важными компонентами. В современном строительстве автоматизации подстанций играет очень важную роль. Это система управления автоматизацией производства, построенная на ПК. Конечно, требуемые функции различны для разных областей применения, но все они имеют следующие основные характеристики: графический интерфейс управления; динамическое моделирование состояния системы; отображение кривой тренда мгновенных и исторических данных; система обработки сигналов тревоги; сбор и запись данных; вывод отчета.
История развития системы SCADA
Система SCADA с момента своего появления на момент развития компьютерных технологий тесно связана с развитием систем SCADA, на сегодняшний день переживших четыре поколения.
Первое поколение основано на выделенном компьютере и специальной операционной системе SCADA, такой как система SD176 Научно-исследовательского института автоматизации электроэнергетики Северного Китая, разработанная Hitachi в Японии для системы электрификации железных дорог Китая, разработанная удаленной системой H-80M. Этот этап начинается с компьютера, который использовался в системе SCADA при запуске, до 70-х годов.
Второе поколение – это система SCADA, основанная на компьютерах общего-назначения 80-х годов. Во втором поколении широко используются другие компьютеры, такие как VAX и другие рабочие станции общего-назначения, а в качестве операционной системы обычно используется операционная система UNIX общего-назначения. На этом этапе системы SCADA были объединены с анализом экономической деятельности, автоматическим контролем генерации (АРУ) и сетевым анализом в автоматизации диспетчеризации сетей для формирования систем EMS (систем управления энергией).
Общей чертой систем SCADA первого и второго поколения было то, что они основывались на централизованных компьютерных системах и не были открытыми, что очень затрудняло обслуживание, модернизацию и объединение в сеть с другими системами.
В 90-х годах в соответствии с принципом открытости, основанным на распределенных компьютерных сетях и технологии реляционных баз данных, удалось достичь широкого спектра сетевых систем EMS/SCADA, названных третьим поколением. На этом этапе китайская система SCADA/EMS является наиболее быстрорастущей стадией, различные новейшие компьютерные технологии объединяются в систему SCADA/EMS. Этот этап также является автоматизацией энергосистемы Китая и строительством сетей крупнейшего инвестиционного периода, страна инвестировала 270 миллиардов юаней в преобразование городских и сельских электросетей, что можно увидеть в автоматизации энергосистемы страны и строительстве сетей важности степени.
Основной особенностью четвертого поколения системы SCADA/EMS является использование интернет-технологий, объектно--ориентированных технологий, технологий нейронных сетей, технологий JAVA и других технологий, которые продолжают расширять интеграцию системы SCADA/EMS и других систем, комплексную безопасность и экономическую эксплуатацию, а также необходимость коммерческой эксплуатации.
Система SCADA будет включать в себя следующие подсистемы:
1. Человеко-машинный интерфейс (или сокращенно HMI)
Устройство, которое может отображать состояние программы, оператор может контролировать и управлять программой с помощью этого устройства. HMI будет связан с базой данных и программным обеспечением системы SCADA, считывает соответствующую информацию для отображения тенденций, диагностических данных и соответствующей информации управления, такой как процедуры регулярного технического обслуживания, информация о логистике, конкретные датчики или подробные электрические схемы машины, или может помочь в устранении неисправностей экспертной системы.
Системы HMI часто отображают системную информацию графически и моделируют реальную систему с помощью изображений. Оператор может видеть схему управляемой системы. Например, подключение к значку насоса в трубопроводе может показать, что насос работает и поток жидкости в трубопроводе, оператор может остановить насос, программное обеспечение HMI будет отображать поток жидкости в трубопроводе с течением времени. Моделирование будет включать в себя электрические схемы и схемы для представления элементов процесса, а также может использовать изображения технологического оборудования в сочетании с анимацией для иллюстрации технологической ситуации.
Программное обеспечение HMI системы SCADA обычно включает в себя программное обеспечение для рисования, которое позволяет специалисту по обслуживанию системы изменять представление системы в HMI. Презентация может быть такой же простой, как только освещение на экране, при этом огни указывают фактическое состояние ситуации, а также может быть настолько сложной, как использование нескольких проекторов для отображения всех лифтов в локации с небоскребом или всех поездов в локации с железной дорогой.
При внедрении системы SCADA обработка предупреждений является важной частью системы. Система контролирует соблюдение указанных условий предупреждения, чтобы определить, произошло ли событие предупреждения. При возникновении предупреждающего события система предпримет соответствующие действия, например активирует одну или несколько предупреждающих инструкций или отправит электронное-сообщение или SMS системному администратору или оператору SCADA, чтобы сообщить о возникновении предупреждающего события. Операторам SCADA необходимо подтвердить событие предупреждения, некоторые события предупреждения в подтверждении инструкций по предупреждению будут отключены, а некоторые индикаторы предупреждения будут отключены только после устранения условий предупреждения.
2. (Компьютеризированная) система мониторинга.
Можно собирать данные и отправлять команды для отслеживания хода выполнения программы.
3. Удаленный терминальный блок (RTU)
RTU можно подключить ко многим датчикам, используемым в программе, а цифровые данные передаются в систему мониторинга после сбора данных.
Системы удаленного управления терминалами (RTU) могут быть подключены к другому оборудованию, а RTU могут преобразовывать электрические сигналы от оборудования в цифровые значения, такие как состояние открытия/закрытия переключателя или клапана или давление, расход, напряжение или ток, измеренные прибором. Также может быть преобразован и передан сигнал для управления устройством, например, с помощью специального переключателя или клапана открытия/закрытия или установки скорости насоса.
4. программируемый логический контроллер (программируемый логический контроллер, сокращенно ПЛК)
Из-за своей дешевизны, универсальности, но также широко используется в качестве полевых устройств вместо специальных функций системы дистанционного управления терминалом.
SCADA — это уровень управления планированием, ПЛК — это уровень полевого оборудования. Система ПЛК, то есть программируемый контроллер, подходит для промышленных измерений и управления в полевых условиях, функций измерения и управления в полевых условиях, стабильной работы, высокой надежности, зрелых технологий, широко используемых и по разумной цене. SCADA фокусируется на мониторинге и управлении и может быть реализована в виде части логической функции, в основном используемой для верхнего уровня; ПЛК предназначен исключительно для выполнения логической функции, а ПЛК просто реализует логическую функцию и управление, не обеспечивает человеко-машинный интерфейс, реализует работу с помощью кнопочного индикатора, HMI и системы SCADA;
5. Сеть связи
Необходимо обеспечить систему мониторинга и RTU (или PLC) между конвейером для передачи данных.
Традиционная система SCADA будет использовать широковещательную, последовательную или модемную связь для реализации функции связи. Некоторые крупномасштабные системы SCADA (например, электростанции или железные дороги) также часто используют архитектуру синхронной оптической сети (SONET) или синхронной цифровой системы (SDH) на Ethernet или сетевых протоколах. Систему SCADA с функцией удаленного управления или мониторинга часто называют телеметрией.
Типичная архитектура системы SCADA
Развитие системы SCADA прошло три этапа: этап централизованной системы SCADA, этап распределенной системы SCADA и сетевая система SCADA.
Централизованная система SCADA заключается в том, что все функции мониторинга зависят от хоста (мэйнфрейма), использующего глобальную сеть для соединения полевого RTU и хоста. Сетевой протокол относительно прост, имеет плохую открытость и слабую функциональность.
Сетевая система SCADA основана на различных сетевых технологиях с более децентрализованной структурой управления и более централизованным управлением информацией. Система обычно основана на структуре клиент/сервер (C/S) и браузер/сервер (B/S), большая часть структуры системы содержит обе структуры, но структура C/S в основном представляет собой структуру B/S, предназначенную в основном для поддержки интернет-приложений для удовлетворения потребностей удаленного мониторинга.
По сравнению с системой SCADA второго-поколения, система SCADA третьего-поколения более открыта по структуре, имеет лучшую совместимость и может быть легко интегрирована в комплексную систему автоматизации всего предприятия. Поскольку масштаб SCADA-системы может составлять от нескольких сотен точек до десятков тысяч точек, спрос пользователей на SCADA-систему разнообразен, поэтому выдвигает высокие требования к ее системной архитектуре.
Система SCADA относится к типичной распределенной компьютерной прикладной системе, в такой системе архитектура является наиболее важной частью программной системы, хорошая архитектура означает универсальную, эффективную и стабильную. Он может эффективно удовлетворить самые разнообразные индивидуальные потребности. При этом архитектура остается стабильной в течение определенного периода времени. При изменении требований программист может обойтись без изменения архитектуры системы.
1. Архитектура клиент/сервер
C/S-структура связи клиента и сервера между способом «запрос - ответ». Клиент отправляет запрос серверу, и сервер отвечает на запрос.
Наиболее важной особенностью архитектуры C/S является то, что это не главная-подчиненная среда, а равноценная среда, т. е. компьютеры в системе C/S могут быть как клиентами, так и серверами в разных случаях. В приложениях C/S пользователь заботится только о полном решении своих собственных приложений, а не о том, какой компьютер или компьютеры необходимо завершить.
Например, в системе SCADA, когда сервер SCADA запрашивает данные у ПЛК, он является клиентом, а когда другие рабочие станции запрашивают услуги у сервера SCADA, он является сервером. Очевидно, что эта структура может в полной мере использовать преимущества аппаратной среды на обоих концах и разумно распределять задачи для реализации на стороне клиента и сервера, уменьшая коммуникационные накладные расходы системы.
2. Структура браузера/сервера
С ростом популярности и развития Интернета предыдущая структура хоста/терминала и C/S не может удовлетворить текущую глобальную сеть, открытую, взаимосвязанную, информацию повсюду и обмен информацией в соответствии с новыми требованиями, поэтому появление структуры B/S.
Структура B/S характеризуется: пользователь может зайти через браузер для доступа к тексту, данным, изображениям, анимации, видео-по-требованию и звуковой информации в Интернете, эта информация генерируется множеством веб-серверов, и каждый веб-сервер может быть подключен к различным путям и серверам баз данных, большой объем данных фактически хранится на сервере базы данных. Самым большим преимуществом этой структуры является то, что клиент унифицирован с использованием браузера, что не только упрощает использование пользователя, но и избавляет клиента от проблем с обслуживанием.
3. Сравнение двух структур
(1) преимущества и недостатки модели B/S
Преимущества структуры B/S проявляются в:
Распределенные характеристики позволяют запрашивать, просматривать и выполнять другие бизнес-процессы в любое время и в любом месте.
Расширение бизнеса является простым и удобным, за счет добавления веб-страниц можно повысить функциональность сервера.
Обслуживание простое и удобное, нужно только изменить веб-страницу, вы можете синхронизировать всех пользователей для обновления.
Простая разработка и сильный обмен.
Недостатки структуры B／S заключаются в следующем:
Персонализированные функции явно ограничены, и невозможно реализовать требования персонализированных функций.
В основе работы лежит мышь как самый простой режим работы, не отвечающий требованиям быстрой работы.
Динамическое обновление страницы, скорость ответа существенно снижается.
Функции ослаблены, и в традиционном режиме трудно реализовать особые функциональные требования.
(2) Преимущества и недостатки модели C/S
Преимущества структуры C/S:
Поскольку клиент реализует прямое соединение с сервером, промежуточного звена нет, поэтому скорость ответа высокая.
Интерфейс управления красив, разнообразен и может полностью удовлетворить индивидуальные требования клиента.
Структура C/S информационной системы управления обладает мощными возможностями обработки транзакций, может реализовывать сложные бизнес-процессы.
C/S структура недостатков исполнения:
Потребность в специализированной клиентской программе установки, функция распространения слабая, для широкого круга точек и не имеет сетевых условий группы пользователей, не может реализовать быстрое развертывание установки и настройки.
Плохая совместимость различных инструментов разработки имеет большие ограничения. Если вы используете разные инструменты, вам нужно переписать программу.
Более высокие затраты на разработку, требующие определенного уровня профессионального технического персонала для завершения.
Разница между SCADA и РСУ, ПЛК
Промышленные системы управления охватывают различные типы систем управления, прежде чем мы говорили о распределенных системах управления (РСУ), программируемых логических контроллерах (ПЛК), они и системы сбора данных и мониторинга (SCADA) более распространены и их легко спутать. Итак, в чем разница между SCADA, DCS и ПЛК?
DCS
Система DCS, или распределенная система управления, — это система, которая в основном используется для управления производственными процессами в одной и той же географической среде.
Системы DCS используют централизованный мониторинг и контроль для координации локальных контроллеров для выполнения всего производственного процесса. Благодаря модульности производственной системы DCS снижает влияние отдельных сбоев на всю систему. Во многих современных системах системы DCS взаимодействуют с системами предприятия, что позволяет отражать производственный процесс в общей работе бизнеса.
Системы РСУ обычно используются в промышленных зонах управления, таких как нефтеперерабатывающие заводы, очистные сооружения, электростанции, химические заводы и фармацевтические заводы. Эти системы обычно используются для управления технологическими процессами или дискретных систем управления.
СКАДА
Системы SCADA, или системы сбора и мониторинга данных, являются основными системами промышленного контроля, в основном используемыми для управления децентрализованными активами с целью выполнения централизованного сбора данных, который так же важен, как и контроль.
Системы SCADA объединяют системы сбора данных, системы передачи данных и программное обеспечение HMI для обеспечения централизованного мониторинга и контроля входных и выходных данных процесса. Системы SCADA предназначены для сбора информации с места, передачи этой информации в компьютерную систему и отображения этой информации в виде изображения или текста. В результате оператор может отслеживать и контролировать всю систему в режиме реального времени из централизованного места, управлять любой из отдельных систем в соответствии со сложностью и соответствующими настройками каждой системы, а также автоматизировать соответствующие операции или задачи, которые также могут выполняться автоматически по командам оператора.
Системы SCADA в основном используются в распределенных системах, таких как водоочистка, нефте- и газопроводы, системы передачи и распределения электроэнергии, железные дороги и другие системы общественного транспорта.
ПЛК
Система ПЛК, т.е. программируемый логический контроллер ПЛК — это новое поколение промышленных устройств управления, основанное на внедрении технологий микроэлектроники, компьютерных технологий, технологий автоматического управления и технологий связи в традиционные последовательные контроллеры с целью замены функций последовательного управления, таких как реле, логика выполнения, хронометраж, счет и т. д., и создания гибких систем программного управления. Международная электротехническая комиссия (МЭК) обнародовала положения ПЛК: программируемый контроллер — это цифровая вычислительная операция электронной системы, предназначенная для применения в промышленных условиях. Он использует программируемую память, которая используется для хранения в ней инструкций по выполнению логических операций, последовательного управления, синхронизации, счета и арифметических операций, а также для управления различными типами машин или производственных процессов посредством цифровых и аналоговых входов и выходов. Программируемый контроллер и связанное с ним оборудование должны легко образовывать единое целое с промышленной системой управления, легко расширять его функциональные возможности по принципу проектирования.
В сетевой архитектуре системы промышленной автоматизации и управления ПЛК, как важный компонент управления, обычно используется в системах SCADA и DCS для реализации конкретных операций и управления процессами промышленного оборудования и обеспечения локального управления процессами посредством управления контуром.
В системах SCADA ПЛК функционирует как RTU (т.е. удаленный терминальный блок). При использовании в системах РСУ ПЛК используются в качестве локальных контроллеров с программой диспетчерского управления. В то же время ПЛК часто используются в качестве важных компонентов для настройки небольших систем управления.
ПЛК имеют-программируемую пользователем память для хранения инструкций для выполнения определенных функций, таких как управление вводом-выводом, логика, синхронизация, счет, ПИД-управление, связь, арифметика, обработка данных и файлов. С развитием коммуникационных технологий ПЛК также переходит от закрытых частных протоколов связи к использованию открытых общедоступных протоколов, что значительно улучшает совместимость системы и облегчает обслуживание и обновление системы.
Заключение
Из вышесказанного легко увидеть: SCADA, DCS — это концепция, а ПЛК — это продукт, эти три вещи несопоставимы:
1. ПЛК — это продукт, благодаря которому он может представлять собой SCADA, DCS;
2. DCS — разработанная система управления процессом, ПЛК — разработанная система релейного-логического управления;
3. ПЛК — это устройство, РСУ, SCADA — это система.
В узком смысле, РСУ в основном используется для автоматизации процессов, ПЛК в основном используется для автоматизации производства (производственной линии), а SCADA в основном предназначена для обширных-территориальных нужд, таких как нефтяные месторождения, протяженность трубопроводов которых простирается на тысячи миль. Если с точки зрения компьютера и сети они едины, причина, по которой существует разница, в основном в требованиях приложений, РСУ часто требует расширенных алгоритмов управления. Как и в нефтеперерабатывающей промышленности, ПЛК требует высокой скорости обработки, поскольку он часто используется в взаимосвязанных и даже отказоустойчивых-системах. SCADA также предъявляет некоторые особые требования, такие как мониторинг вибрации, расчет расхода, регулирование пиковых и впадин и т. д.
Следовательно, это также можно просто рассмотреть:
SCADA – это управление планированием
DCS — это уровень управления предприятием
ПЛК — это уровень полевого оборудования
Система SCADA имеет долгую историю, но все еще находится в быстром развитии «новорожденных» вещей, со сложной системой, стандартами открытого интерфейса и глубиной интеграции интернет-сети и другими характеристиками, необходимостью интеграции производства, научных кругов, исследований и использования всех аспектов исследования теории и технологии информационной безопасности системы SCADA, чтобы стимулировать отечественных производителей систем SCADA накапливать и внедрять инновации, развивать команду исследований и разработок систем SCADA, чтобы достичь передовых в мире уровне и постепенно продвигать использование локализованной системы SCADA с независимыми правами интеллектуальной собственности для замены иностранных систем в ключевых отраслях.