SCADA-системы для энергетиков

Управление производственным процессом - это всегда задача номер 1 для любого промышленного предприятия. В настоящее время она становится все более актуальной, учитывая постоянное увеличение конкуренции, борьбу за снижение тарифов и издержек и, как результат, поддержание прибыльности работы предприятия.

Что дает SCADA предприятию?

• Точное соблюдение технологических нормативов и регламента;
• Значительное уменьшение процента брака, автоматическое повышение качества;
• Снижение простоев оборудования вызванное неравномерной загрузкой производственных мощностей;
• Устранение ошибок допускаемых операторами путем полной автоматизации процессов управления;
• Установление непосредственных взаимосвязей между производством, отделом планирования, складом и поставщиками;
• Точный учет количества выпущенной продукции на всех стадиях производства, не зависящий от действий оператора;
• Анализ использования, загрузки и обслуживания оборудования. Правильное и экономное распределение капитальных вложений;
• Предупреждение аварий на производстве;
• Комплексный статистический анализ причин, влияющих на качество выпускаемой продукции;
• Автоматическая и своевременная генерация отчетов для руководящего персонала.

Решение этих и большинства других задач работы предприятия может базироваться исключительно на внедрении современных систем автоматизации, поскольку именно они могут дать наиболее быстрый эффект в расчете на единицу капитальных вложений.

К сожалению, в 90-е годы процессы внедрения систем автоматизации в нашей стране, как правило, начинались исключительно "сверху", то есть, с разворачивания программ бухгалтерского учета, планирования и общей компьютеризации этих процессов. Не отрицая важность этих программ, необходимо все-таки заметить, что основой деятельности любого промышленного предприятия является выпуск продукции, будь то станки, удобрения или электроэнергия. И будет ли предприятие прибыльным или нет, зависит в первую очередь от эффективности данного процесса.

Сейчас руководители предприятий уже начинают осознавать тот факт, что внедрение систем непосредственного управления производственным процессом является наиболее важным и ответственным элементом в общей программе автоматизации. Этому способствует появление в последние годы и постоянное развитие компьютерных систем, основанных на открытых технологиях.

Основой для внедрения промышленной автоматизации служат так называемые системы SCADA. Термин SCADA - это сокращение английского термина Supervisory Control And Data Acquisition - диспетчерское управление и сбор данных. До настоящего времени большинство SCADA-пакетов применялось, как правило, для создания интерфейса оператора и регистрации данных производственного процесса. В редких случаях к этому добавлялись возможности по автоматическому управлению и генерации отчетов. Основными причинами, сдерживающими комплексное внедрение SCADA-систем на промышленных объектах, были недостаточная надежность таких систем, низкая производительность, трудности в наращивании и интеграции SCADA с корпоративными системами управления и сложности адаптации к реальным производственным условиям и алгоритмам.

С появлением SCADA-пакетов нового поколения фирмы, занимающиеся промышленной автоматизацией, отделы АСУТП на предприятиях и компании - системные интеграторы получили возможность использовать на практике огромный потенциал, предлагаемый такими системами. Отсутствие в новых SCADA-системах недостатков, сдерживавших их внедрение в прошлом, позволяет на их основе строить интегрированные системы управления как для очень больших, так и компактных систем АСУТП в любой области промышленности.

Какие основные задачи можно решать с использованием систем SCADA?

Рассмотрим их более внимательно на примере конкретного современного пакета - SCADA - системы Citect 5.21 компании Ci Technologies. Поскольку он был разработан в 90-е годы, в нем реализовано большинство современных подходов к проектированию таких систем.

Управление аппаратурой, визуализация, мониторинг

Первое, и самое важное обстоятельство - SCADA пакеты, в отличие от большинства программ, непосредственно связаны с процессами, происходящими на предприятии, поскольку через систему серверов ввода-вывода подключаются к разнообразнейшей аппаратуре, управляющей и контролирующей производственный процесс.

Основная роль человеко-машинного интерфейса - обеспечить взаимодействие пользователя с устройствами ввода/вывода и через них с контролируемым оборудованием.

Программный SCADA - пакет Citect обеспечивает взаимодействие не только с устройствами ввода/вывода, но и с другими источниками информации типа баз данных, Windows-программ и внешних компьютерных систем.

Вся информация с датчиков, управляющих механизмов и промышленных контроллеров в реальном времени поступает в SCADA - системы. Для обеспечения простоты подключения этих устройств в Citect включены сотни готовых серверов ввода-вывода, ориентированных на конкретные типы оборудования. Кроме этого, наличие стандартных интерфейсов, таких как OPC, DDE, ActiveX, TCP/IP и других позволяет применять серверы, разработанные другими компаниями, что гарантирует открытость решения.

Поступающие в SCADA - систему данные не только сохраняются во внутренней базе данных, но и могут обрабатываться согласно определенным инженерами алгоритмам, что дает возможность реализации систем автоматического управления, то есть управления без участия оператора. Конечно, наиболее ответственные задачи, такие как система противоаварийной защиты, должны, по крайней мере, дублироваться на уровне контроллера, но большинство супервизорных алгоритмов может быть реализовано в системе SCADA.

Сигналы тревоги

Наряду с алгоритмами обработки в современной SCADA - системе предусмотрена возможность автоматической генерации сигналов тревоги в соответствии с заданными инженерами или технологами критериями. Возникающие сигналы тревоги могут отображаться на экране, записываться в журнал и быть доступны одновременно для нескольких рабочих мест оператора. Подтверждение этих сигналов, или квитирование осуществляется операторами, имеющими соответствующие права доступа к системе. С каждой тревогой можно связать определенное действие, которое будет выполняться при появлении этого тревоги (например, запуск звукового файла).

Средством информирования оператора о возникновении каких-либо аварийных ситуаций и неисправностей являются конфигурируемые тревоги.

Система тревог может контролировать всё: переменные, группы переменных, выражения, результаты расчетов и т.д. Например, можно выводить сообщение, когда уровень жидкости в резервуаре станет слишком высоким, когда двигатель перегреется и т.д.

Очень большое значение имеет быстрое распознавание и идентификация тревог. SCADA - пакет Citect выводит информацию о тревогах в специализированные окна, однако самые свежие данные видны в каждом окне. Тревоги можно группировать по цвету, шрифту и порядку вывода в зависимости от приоритета, категории и времени возникновения. В SCADA - пакете Citect есть специальное итоговое окно тревог, куда выводится вся их предыстория.

Регистрация информации в основном заключается в сборе и записи определенных аналоговых и дискретных параметров контролируемого оборудования или процесса. Программное обеспечение SCADA - система Citect не накладывает никаких ограничений на тип регистрируемых данных и предоставляет широкий выбор функций регистрации:

• события регистрируются в момент возникновения (например, тревоги, этапы процесса, сигналы датчиков и т.д.);
• регистрируются все действия оператора (типа ручного запуска процесса, аварийного останова, изменения контрольных показателей и т.д.);
• регистрируются все ошибки и события внутри системы управления (аппаратные тревоги, сведения об обмене данными, ошибки сети и т.д.).

Очень часто назначением системы автоматизации является сбор и хранение информации как в качестве архива, так и для дальнейшего анализа. SCADA - система Citect позволяет архивировать данные самого разного типа без каких-либо ограничений на тип и местонахождение выводного устройства. С каждым событием может быть связано действие, которое будет выполняться в момент возникновения этого события. Например, при завершении какого-либо процесса об этом можно уведомить оператора и выполнить некоторую последовательность завершающих действий.

Событие - это некоторая возникшая в системе ситуация, имеющая для системы определенное значение (например, полное заполнение резервуара или завершение какого-либо процесса и т.д.).

Контролируемые события могут иметь отношение ко всему предприятию или иметь локальное значение с точки зрения операторской станции. Если SCADA - система Citect используется в сети, то события могут обрабатываться любым Citect-компьютером (или всеми компьютерами).

Для того чтобы в интуитивно понятной для оператора форме отображать на экране компьютера текущее состояние производственного процесса или мнемосхемы, в SCADA - системе Citect встроены специальные графические средства так называемой RAD-графики.

Графические средства SCADA - системы Citect RAD

Графики строятся на базе весьма простого набора графических объектов, а именно: прямоугольников, эллипсов, точечных изображений, отрезков, кривых, ломаных, текста, символов и труб. У каждого объекта есть некоторый, общий для всех набор свойств. Все они могут быть непосредственно связаны с параметрами контролируемого оборудования, которые будут определять поведение графических объектов.

Перемещение, вращение, изменение размеров, цвета, заполнения, видимости на экране и т.д. любого объекта могут выполняться в зависимости от реальных производственных условий, а изменение параметров процесса может быть выполнено путем изменения параметров объекта.

На действия оператора могут реагировать все объекты, поэтому операторский интерфейс может быть сделан настолько простым, интуитивно понятным и гибким, насколько это возможно.

В комплект поставки SCADA - системы Citect входят библиотеки образов, содержащие наиболее часто используемые графические изображения типа насосов, резервуаров, вентилей, двигателей и т.д. Их применение существенно расширяет возможность пользовательских экранов.

Генерация отчётов

Отчет SCADA - системы Citect - это документ, отражающий некоторые производственные показатели и выдаваемый периодически, по запросу либо при возникновении какого-либо события, например, при изменении состояния какой-либо переменной, в момент запуска SCADA - системы Citect или в указанное время дня.

Отчеты могут генерироваться в любом удобном для пользователя формате. В него может входить форматированный текст, оперативная и накапливаемая информация и даже результаты математических вычислений. Кроме того, отчеты могут содержать и некоторые команды: замена производственных параметров, загрузка инструкций, выполнение диагностики, смена составов смесей и т.д. Отчеты могут выводиться на экран, распечатываться, а также сохраняться на диске для последующей распечатки или просмотра. Отчет можно обрабатывать средствами любого текстового редактора. Их можно автоматически сохранять в SQL-базах и других ODBC-совместимых базах данных.

Защита от несанкционированного доступа

Практически во всех системах определенный набор действий должен выполняться только уполномоченным персоналом.

Используемый человеко-машинный интерфейс должен обеспечивать определенный уровень защиты во избежание случайного или преднамеренного исполнения запрещенных операций.

Защита от несанкционированного доступа интегрирована во все интерфейсные элементы SCADA - системы Citect, гарантируя полную безопасность исполнительной системы.

Система защиты от несанкционированного доступа в SCADA - системы Citect реализована на базе парольной системы и позволяет организовывать в системе группы пользователей с различными правами во время работы с системой. Каждому пользователю назначаются свои регистрационное имя и пароль, которые он должен указывать для получения доступа к различным компонентам системы. Права пользователя определяются предоставлением ему возможности доступа к тем или иным частям системы. Даже имея право доступа к какой- либо части для выполнения тех или иных действий, пользователь должен обладать соответствующим уровнем привилегий.

Каждый графический объект, окно, тренд, отчет и т.д. можно привязать к определенной части системы и определить необходимый для их просмотра или использования уровень привилегий.

Поскольку пользователь может работать на любом компьютере сети, то предоставление прав доступа контролируется сервером, а не клиентом (еще одно дополнительное средство защиты от несанкционированного доступа в глобальных сетях).

Резервирование

В промышленных системах автоматизации и прочих ответственных приложениях отказы оборудования приводят к замедлению производства и иногда к возникновению потенциально опасных ситуаций.

Устранять отказы в системе без потери ее функциональных возможностей и производительности позволяет реализация функций резервирования.

Благодаря дублированию устройств ввода/вывода, SCADA - система Citect поддерживает конфигурации с полным резервированием. Определив одно устройство как основное, а другое как резервное, SCADA - система Citect в случае отказа будет автоматически переключаться с одного на другое. Благодаря способности SCADA - системы Citect записывать изменения контрольных параметров как в основное, так и резервное устройство, даже те устройства ввода/вывода, которые проектировались без учета этой возможности, могут теперь использоваться в системах с резервированием.

Резервирование в SCADA - система Citect тесно связано с системой тревог. В случае сбоя SCADA - система Citect уведомит оператора об отказе конкретного устройства и сообщит, какое резервное оборудование было включено в работу.

Заключение

Возможности, заложенные в системы SCADA, не исчерпываются упомянутыми выше. Разработчики прикладывают постоянные усилия по оптимизации таких программ, делая их все более удобными для конечного потребителя. Этот процесс отвечает устремлениям обеих сторон, поскольку большие возможности, в конечном итоге, выражаются в большей эффективности результата процесса автоматизации предприятия.

Разумеется, внедрение SCADA-систем не является самоцелью или данью моде на всеобщую компьютеризацию. Основным и главным критерием является тот факт, что установка SCADA должна не только окупить затраты на ее внедрение, но и в кратчайшие сроки изменить весь характер производственного процесса таким образом, чтобы повысить эффективность предприятия в целом.

Калядин А.Ю., ЗАО "РТСофт", Москва
"Энергетик", N 9, 2000