Общая характеристика SCADA-систем

SCADA-система (Supervisory Control And Date Acquisition – система сбора данных и оперативно­го диспетчерского управления) разрабатывалась как универсальное многофункци­ональное программное обеспечение систем верхнего уровня, позволяющее опера­тивному персоналу наиболее эффективно управлять технологическим процессом. По мере развития программных и аппаратных средств наблюдается применение SCADA-систем на нижнем, контроллерном, уровне.

Система SCADA состоит из инструментального и исполнительного комплекса. Ин­струментальный комплекс предназначен для разработки ПО автоматизированных рабочих мест (АРМ) технолога, оператора, диспетче­ра и др. Исполнительный комплекс реализует разработанное ПО в опреде­ленной операционной среде.

Диспетчерское управление и сбор данных является наиболее перспективным методом автомати­зированного управления сложными динамическими системами (процесса­ми) в жизненно важных и критичных с точки зрения безопасности и на­дежности областях. Интерес к пробле­мам построения высокоэффективных
и высоконадежных систем диспет­черского управления и сбора данных резко возрос за последние 10–20 лет. С одной стороны, это связано со значительным прогрессом в области вычислительной техники, программ­ного обеспечения и телекоммуникаций, что увеличивает возможности и расширяет сферу применения автоматизированных систем. С другой сто­роны, развитие информационных технологий, повышение степени автома­тизации и перераспределение функций между человеком и аппаратурой обострило проблему взаимодействия человека-оператора с системой управления. Анализ большинства аварий и происшествий в авиации, наземном и водном транспорте, промышленности и энергетике показал, что если в 60-х гг. прошлого столетия ошибка человека являлась первоначальной причиной лишь 20 % инцидентов (80 % – за технологическими неис­правностями и отказами), то
в 90-х гг. доля «человеческого фактора» воз­росла до 80 %. Это послужило толчком к разработке SCADA-систем.

Система SCADA – процесс сбора информации в режиме «реального времени» с удаленных точек контроля технологического объекта для анализа и управле­ния этим объектом. Требование обработки в режиме «реального времени» обу­словлено необходимостью быстрой доставки (выдачи) всех необходимых событий (сообщений) и данных на рабочую станцию оператора (диспетчера).

Можно выделить пять функций человека-оператора в системе диспетчер­ского управления, в которых оператор:

• Планирует, какие следующие действия необходимо выполнить;
• Обучает (программирует) компьютерную систему на после-дующие действия;
• Отслеживает результаты работы системы;
• Вмешивается в процесс, в случае критических событий, когда ав­томатика не может справиться, либо при необходимости подстройки (ре­гулировки) параметров процесса;
• Обучается в процессе работы (получает опыт).

Основными особенностями процесса управления в современных дис­петчерских системах являются следующие:

• Процесс SCADA применяется в системах, в которых обязательно наличие человека (оператора, диспетчера);
• Оператор несет, как правило, общую ответственность за управление системой, которая, при нормальных условиях, только изредка требует под­стройки параметров для достижения оптимальной производительности;
• Активное участие оператора в процессе управления происходит нечасто и в непредсказуемые моменты времени, обычно
  в случае наступ­ления критических событий (отказы, нештатные ситуации и пр.);
• Действия оператора в критических ситуациях могут быть жестко ограничены по времени (несколькими минутами или даже секундами).

Основные функции, выполняемые практически любым СППО АСУ ТП, созданным на базе представленных на рынке промышленной автоматизации SCADА-систем:

• Сбор данных о параметрах процесса, поступающих от контроллеров или непо­средственно от датчиков и исполнительных устройств (значения температуры, давления и других параметров, положение клапана или вала исполнительного меха­низма);
• Обработка и хранение (архивирование) полученной информации. Под обработкой информации понимается выполнение функций фильтрации, нормализации, масштабирования, линеаризации и других для приведения данных к нужному формату;
• Графическое представление в цифровой, символьной или иной форме информа­ции о ходе технологического процесса. Это может быть представление значений переменных в виде графиков в функции времени (трендов), гистограмм и др.;
• Сигнализация изменений хода технологического процесса, особенно в предаварийных и аварийных ситуациях в виде системы алармов. При этом может осуществляться регистрация действий обслуживающего персонала в аварийных си­туациях;
• Формирование сводок, журналов и других отчетных документов о ходе технологического процесса на основе информации, собранной в архивах;
• Формирование команд оператора по изменению параметров настройки и режи­ма работы контроллеров, исполнительных устройств (пуск-останов, открытие-закрытие и других функции);
• Автоматическое управление ходом технологического процесса в соответствии с имеющимися в SCADA-системах алгоритмами управления (ПИД-регулирование, позиционное, нечеткое регулирование и др.). Данные функции обычно выполняются контроллерами, SCADA-системы рекомендуется использовать для решения задач невысокого быстродействия.

Таким образом, SCADA-системы являются мощным инструментом для разработ­ки СППО диспетчерского уровня АСУ ТП. При этом от разработчика не требуется больших знаний в области программирования на языках высокого уровня.