Особенности SCADA в процессе управления

ВЫБОР ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ АСУТП

Общие положения

Современная АСУТП (автоматизированная система управления технологическим процессом) представляет собой многоуровневую человеко-машинную систему управления с использованием автоматических систем сбора данных и вычислительных комплексов.

Диспетчер в многоуровневой АСУТП получает информацию с монитора ЭВМ и воздействует на объекты, находящиеся от него на значительном расстоянии с помощью телекоммуникационных систем, контроллеров.

Технологические процессы в энергетике, нефтегазовой и ряде других отраслей промышленности являются потенциально опасными и при возникновении аварий приводят к человеческим жертвам, а также к значительному ущербу. По статистике за тридцать лет число учтенных аварий удваивается примерно каждые десять лет. В 60-х годах ошибка человека была первоначальной причиной аварий лишь в 20% случаев, тогда как к концу 80-х доля "человеческого фактора" стала приближаться к 80 %. Одна из причин этой тенденции - низкая эффективность человеко-машинного интерфейса (ЧМИ, HMI, MMI).

Концепция SCАDA (Supervisory Control And Data Acquisition - диспетчерское управление и сбор данных) в настоящее время является основным и наиболее перспективным методом автоматизированного управления сложными динамическими системами (процессами).

SCADA-система представляет собой специализированное программное обеспечение, осуществляющее двухстороннюю связь оператора технологического процесса (диспетчера) с АСУ ТП. Достоинствами SCADА являются дружественность ЧМИ, полнота и наглядность представляемой информации, удобство пользования средствами управления, что повышает эффективность взаимодействия диспетчера с АСУТП и снижает вероятность возникновения ошибок управлении.

Управление ТП на основе SCADA стало осуществляться в западных странах в 80-е годы в первую очередь на сложных объектах электро- и водоснабжения, химических и нефтеперерабатывающих производствах, железнодорожный транспорт, транспорте нефти и газа и др.

В России диспетчерское управление опиралось на опыт диспетчерского персонала. Поэтому переход к управлению на основе SCADA-систем стал осуществляться в 1990-х г.г. Каждая SCADA-система - это собственность компании и поэтому данные о той или иной системе ограничены, что затрудняет их сравнение и адекватную оценку их характеристик.

Выбор SCADA-системы представляет собой трудную задачу, аналогичную принятию решений в условиях многокритериальности, усложненную невозможностью количественной оценки ряда критериев из-за недостатка информации.

Особенности SCADA в процессе управления

Ниже перечисленные некоторые характерные особенности процесса управления в современных диспетчерских системах

1) В системах SCADA обязательно наличие человека (оператора, диспетчера);

2) Любое неправильное воздействие может привести к отказу (потере) объекта управления или даже катастрофическим последствиям;

3) Диспетчер несет, как правило, общую ответственность за управление системой, которая, при нормальных условиях, только изредка требует подстройки параметров для достижения оптимального функционирования;

4) Большую часть времени диспетчер пассивно наблюдает за отображаемой информацией. Активное участие диспетчера в процессе управления происходит нечасто, обычно в случае наступления критических событий - отказов, аварийных и нештатных ситуаций и пр.;

5) Действия оператора в критических ситуациях могут быть жестко ограничены по времени (несколькими минутами или даже секундами).

Архитектура АСУ ТП

Обобщенная схема АСУТП, представлена на рис. Как правило, это двух или трех уровневые системы, так как именно на этих уровнях реализуется непосредственное управление технологическими процессами.

1) Нижний уровень - уровень объекта (контроллерный) - включает различные датчики, электроприводы и исполнительные механизмы для реализации регулирующих и управляющих воздействий. Датчики поставляют информацию локальным ПЛК, которые выполняют следующие функции:

а) сбор и обработка данных о параметрах технологического процесса;

б) управление электроприводами и другими исполнительными механизмами;

в) решение задач автоматического логического управления и др.

Так как информация в контроллерах предварительно обрабатывается и частично используется на месте, существенно снижаются требования к пропускной способности сети.

К аппаратно-программным средствам контроллерного уровня управления предъявляются жесткие требования по надежности, времени реакции на внешние события, поступающие от объекта.

Для критичных с этой точки зрения объектов рекомендуется использовать контроллеры с ОСРВ, функционирующими в режиме жесткого реального времени. Разработка, отладка и исполнение программ управления контроллерами осуществляется с помощью специализированного ПО, например, ISaGRAF.

2) Средний уровень. Информация с локальных контроллеров направляется в сеть диспетчерского пункта непосредственно или через контроллеры верхнего уровня (концентраторы, интеллектуальные или коммуникационные контроллеры) которые реализуют следующие функции:

а) сбор и обработка данных с локальных контроллеров;

б) поддержание единого времени в системе и синхронизация работы подсистем;

в) организация архивов по выбранным параметрам;

г) связь разнородных сетей и обмен данными между нижним и верхним уровнем;

д) работа в автономном режиме при нарушениях связи с верхним уровнем;

е) резервирование каналов передачи данных и др.

3) Верхний уровень. Диспетчерский пункт включает, одну или несколько станций управления, представляющих собой автоматизированное рабочее место (АРМ) диспетчера, сервер базы данных, и т. д. Часто в качестве рабочих станций используются ПК. Станции управления предназначены для отображения хода процесса и оперативного управления. Эти задачи призваны решать SCADA - системы.

Функции SCADA-систем:

а) автоматизированная разработка ПО АСУ ТП для конкретного объекта;

б) сбор, обработка и хранение данных, полученных от устройств нижнего уровня;

в) визуализация данных в виде мнемосхем, графиков и т.п. и диспетчерское управление;

г) автоматическое управление ТП ("медленное" управление).

д) сигнализация о неисправности оборудования и нарушении хода процессов;

е) формирование оперативных и итоговых отчетных документов.