Пользовательский интерфейс и SCADA-пакеты Большинство систем автоматизации функционирует с участием человека (оператора, диспетчера). Интерфейс между человеком и системой называют человеко-машинным интерфейсом (ЧМИ), в зарубежной литературе НМI (Нuman-Масhinerу Interface) или ММI (Маn- Масhinerу Interface). В частном случае, когда ЧМИ предназначен для взаимодействия человека с автоматизированным технологическим процессом, его называют SСАDА- системой (Suреrvisory Сontrol And Data Асquisition - диспетчерское управление и сбор данных). Современные SСАDА-пакеты включают в себя широкий набор функциональных возможностей, далеко выходящий за рамки сбора данных и диспетчерского управления. К настоящему времени SСАDА-система является обязательным атрибутом автоматизированной системы оперативно-диспетчерского управления. SСАDА-системы устанавливаются на диспетчерских станциях, локальных технологических станциях, а также на операторских станциях различного назначения. Аппаратной платформой для SСАDА- систем служат рабочие станции на базе промышленных персональных компьютеров (ППК), панельные компьютеры и операторские панели. Отдельные компактные модификации SСАDА-систем устанавливаются во флэш-памяти контроллеров (например, Тrасе Моdе, МаsterSСАDА и др.). Существующие в настоящее время SСАDА-пакеты выполняют множество функций, которые можно разделить на несколько групп: настройка SСАDА на конкретную задачу (т.е. разработка программной части системы автоматизации); диспетчерское управление; автоматическое управление; хранение истории процессов; выполнение функций безопасности; выполнение общесистемных функций. Несмотря на множество функций, выполняемых SСАDА, основным ее отличительным признаком является наличие интерфейса с пользователем. Комфорт рабочего места, понятность интерфейса, наличие подсказок и блокировка явных ошибок оператора являются наиболее важными свойствами SСАDА.
События и алармы В SСАDА-пакетах используют понятие аларма и события. Событие это изменение некоторых состояний в системе. Примерами событий могут быть завершение цикла периодического процесса обработки детали, окончание технологической операции, регистрация нового оператора и т.п. События не требуют срочного вмешательства оператора, а просто информируют его о состоянии системы. В отличие от события, аларм (от английского аlаrm сигнал тревоги) представляет собой предупреждение о важном событии, в ответ на которое нужно срочно предпринять некоторые действия. У английского слова «аларм» имеется точный русский перевод «сигнал тревоги» или «аварийный сигнал», однако термин «аларм» уже прочно вошел в лексикон промышленной автоматизации. Примерами алармов может быть достижение критического значения давления, после которого возможна авария, срабатывание датчика, превышение допустимого уровня и т.п. В связи с тем, что алармы требует принятия решения, их делят на подтвержденные и неподтвержденные. Подтвержденным называется аларм, в ответ на который оператор ввел команду подтверждения. До этого момента аларм считается неподтвержденным. Алармы делятся на дискретные и аналоговые. Дискретные сигнализируют об изменении дискретной переменной, аналоговые алармы появляются, когда непрерывная переменная y(t) входит в заранее заданный интервал своих значений. Методика выдачи алармов должна быть надежной. В частности, всплывающие окна с сообщениями алармов должны быть всегда поверх остальных окон, алармы могут дублироваться звуком и светом. Поскольку алармов в системе может быть много, им назначают разные приоритеты, разные громкости и тоны звукового сигнала и т.п.
Пример назначения алармов В качестве примера на рис показано деление всего интервала изменения переменной у(t) на интервалы «Норма», «Внимание» (предаварийное состояние) и «Авария»: аларм «Внимание» возникает при у(а) < у(t) < у(b) во время нарастания наблюдаемой переменной и при у(d) < у(t) < у(с) во время ее уменьшения; аларм «Авария» возникает при у(b) < у(t). Каждая критическая граница на рис имеет зону нечувствительности (мертвую зону), которая нужна для того, чтобы после снятия состояния аларма переменная не могла вернуться в него вследствие случайных выбросов в системе (шумов). Границы зон на рис могут изменяться с течением времени. Аналогичные границы могут быть назначены для скорости изменения переменной (для производной функции y(t)).
Функции SCADA Разработка человеко-машинного интерфейса. Одной из основных функций SСАDА является разработка человеко-машинного интерфейса, т.е. SСАDА одновременно является и ЧМИ, и инструментом для его создания. Быстрота разработки ЧМИ является основным показателем качества SСАDА с точки зрения системного интегратора. В процесс разработки входят следующие операции: создание графического интерфейса (мнемосхем, графиков, таблиц, всплывающих окон, элементов для ввода команд оператора и т.д.); программирование и отладка алгоритмов работы системы автоматизации. Многие SСАDА позволяют выполнять отладку системы как в режиме эмуляции оборудования, так и с подключенным оборудованием; настройка системы коммуникации (сетей, модемов, коммуникационных контроллеров и т.п.); создание баз данных и подключение к ним SСАDА. SСАDА как система диспетчерского управления. Как система диспетчерского управления SСАDА может выполнять следующие задачи: взаимодействие с оператором (выдача визуальной и слуховой информации, передача в систему команд оператора); помощь оператору в принятии решений (функции экспертной системы); автоматическая сигнализация об авариях и критических ситуациях; выдача информационных сообщений на пульт оператора; ведение журнала событий в системе; извлечение информации из архива и представление ее оператору в удобном для восприятия виде; подготовка отчетов (например, распечатка таблицы температур, графиков смены операторов, перечня действий оператора); учет наработки технологического оборудования.
Функции SCADA SСАDА как часть системы автоматического управления. Основная часть задач автоматического управления выполняется, как правило, с помощью ПЛК, однако часть задач может возлагаться на SСАDА. Кроме того, во многих небольших системах управления ПЛК могут вообще отсутствовать, и тогда компьютер с установленной SСАDА является единственным средством управления. SСАDА обычно выполняет следующие задачи автоматического управления: автоматическое регулирование; управление последовательностью операций в системе автоматизации; адаптация к изменению условий протекания технологического процесса; автоматическая блокировка исполнительных устройств при выполнении заранее заданных условий. Хранение истории процесса. Знание предыстории управляемого процесса позволяет улучшить будущее поведение системы, проанализировать причины возникновения опасных ситуаций или брака продукции, выявить ошибки оператора. Для создания истории система выполняет следующие операции: сбор данных и их обработка (цифровая фильтрация, интерполяция, сжатие, нормализация, масштабирование и т.д.); архивирование данных (действий оператора, собранных и обработанных данных, событий, алармов, графиков, экранных форм, файлов конфигурации, отчетов и т.п.); управление базами данных (реального времени и архивных). Общесистемные функции. Поскольку SСАDА обычно является единственной программой для управления системой автоматизации, на нее могут возлагаться также некоторые общесистемные функции: осуществление взаимодействий между несколькими SСАDА, между SСАDА и другими программами (МS Оfficе, базой данных, МАТLАВ и т.п.); диагностика аппаратуры, каналов связи и программного обеспечения.
Безопасность SCADA Применение SСАDА в системах удаленного доступа через Интернет резко повысило уязвимость SСАDА к действиям враждебных лиц. Пренебрежение этой проблемой может приводить, например, к отказу в работе сетей электроснабжения, жизнеобеспечения, связи, отказу морских маяков, дорожных светофоров, к заражению воды неочищенными стоками и т.п. Возможны и более тяжелые последствия с человеческими жертвами или большим экономическим ущербом. Для повышения безопасности SСАDА используют следующие методы: разграничение доступа к системе между разными категориями пользователей (у сменного оператора, технолога, программиста и директора должны быть разные права доступа к информации и модификации настроек системы); защиту информации (путем шифрования информации и обеспечения секретности протоколов связи); обеспечение безопасности оператора благодаря его отдалению от опасного управляемого процесса (дистанционное управление). Дистанционный контроль и дистанционное управление являются типовыми требованиями Ростехнадзора и выполняются по проводной сети, радиоканалу (через GSМ- или радиомодем), через Интернет и т.д.; специальные методы защиты от кибер-атак; применение межсетевых экранов.
Программное обеспечение SCADA В настоящее время наиболее распространенными отечественными универсальными SСАDА являются МаsterSСАDА (ИнСАТ, Тrасе Моdе (АdАstrA Rеsеаrсh Group, Ltd, Круг-2000 (НПФ «КРУГ», и САРГОН (НВТ- Автоматика, nvt.msk.ru). Все системы удовлетворяют основным требованиям к SСАDА и успешно конкурируют с зарубежными аналогами. Ниже мы рассмотрим отличительные особенности двух наиболее известных пакетов: МаsterSСАDА и Тrасе Моdе. МаsterSСАDА. Система МаsterSСАDА фирмы «ИнСАТ» предназначена для создания полномасштабных систем автоматизации в различных отраслях промышленности. Основной ее особенностью является объектный подход, использованный на уровне описания системы при ее настройке на конкретный объект автоматизации. Например, цех, участок, технологический блок и физическое устройство при создании проекта с помощью МаsterSСАDА рассматриваются как отдельные объекты. Для каждого объекта создается свое описание на технологическом языке программирования. Описание включает в себя свойства объекта и документы объекта. Свойствами могут быть период опроса, способ линеаризации датчика, диапазон входных сигналов. Документами объекта являются его изображение, мнемосхема, график изменения переменных и т.п. Любой документ в системе относится к некоторому объекту. Такой подход позволяет легко размножать один раз созданные объекты, что повышает скорость настройки SСАDА на задачу пользователя. К признакам объектного подхода относится также возможность наследования всех настроек от «родительских» объектов. Это означает, что в МаsterSСАDА нет необходимости вводить настройки для каждого типа объектов «с нуля». Можно использовать наследование этих настроек от родительского объекта, изменив в них только те параметры, которые отличают родителя от потомка. Созданные объекты можно копировать с целью многократного использования. При копировании объекта сохраняются все связанные с ним документы и свойства. Связи с внешними источниками и приемниками данных восстанавливаются после копирования, если в системе имеются такие источники или свободные приемники данных (физические устройства). Это позволяет пополнять библиотеку объектов вновь созданными экземплярами и использовать объекты, созданные другими разработчиками.
Программное обеспечение SCADA Тrасе Моde. SСАDА-система Тrасе Моdе 6 фирмы АdАstrA состоит из инструментальной системы и набора исполнительных модулей. В состав Тrасе Моdе 6 входят также средства управления бизнес-процессами производственного предприятия. Для увеличения скорости разработки проекта пользователя применяется оригинальная технология автопостроения. Автоматически в SСАDА могут быть построены: источники данных ПЛК и модулей ввода-вывода по известной конфигурации; каналы по источникам данных; связи каналов из редактора аргументов; связи контроллер-сервер и сервер-сервер; SQL-запросы; связи с ОРС-сервером; связь с ОDВС. Автопостроение позволяет снизить количество ошибок, допускаемых пользователем при ручном создании проекта. В пятой версии Тrасе Моdе инструментальная система представлена в виде отдельных компонентов, в 6-й использована интегрированная среда разработки. В систему Тrасе Моdе 6 включены пять языков программирования Тесhnо SFС, Тесhnо LD, Тесhnо FВD, Тесhnо SТ, и Тесhnо IL, которые являются расширениями соответствующих языков стандарта МЭК