Osnova přednášky. Informační a řídicí systémy I. SCADA a HMI systémy. Základní pojmy. Základy architektury systémů SCADA

Transkript

1 Osnova přednášky Informační a řídicí systémy I. SCADA a HMI systémy Pavel Balda ZČU v Plzni, FAV, KKY Přehled základních pojmů Architektura systémů SCADA Stručný přehled softwarových balíků Základy architektury některých balíků Wonderware InTouch Indusoft Webstudio Iconics Genesis32 2 Základní pojmy SCADA Supervisory Control And Data Acquisition Systém shromažďující v reálném čase data z čidel v provozu a posílající je na centrální počítač pro další zpracování a řízení SCADA systém obsahuje vstupně-výstupní hardware, regulátory, HMI, sítě, komunikace, databáze a sotware. Termín se používá od 60. let převážně pro rozsáhlé distribuované systémy HMI Human Machine Interface, dříve MMI (Man Machine Interface) Software (typicky s grafickým uživatelským prostředím GUI), zobrazující operátorovi informace o stavu procesu a umožňující zadávat operátorské povely (příkazy). Dále se obvykle zobrazují grafické průběhy (trendy) vybraných veličin Může umožňovat zobrazovat data z databází (alarmy, historické trendy) DCS Distributed Control Systém (distribuovaný řídicí systém) Řídicí systém (výroby, procesu nebo jiného dynamického systému), jehož řídicí jednotky nejsou umístěny na jednom místě (nejsou centralizovány), ale jsou rozprostřeny (distribuovány) v řízeném systému. Celý systém může být propojen sítí pro komunikaci mezi subsystémy a monitorování Základy architektury systémů SCADA Systém SCADA se skládá z komponent: Central SCADA master system Komunikační síť může mít různou architekturu Jednotky RTU Remote Telemetry (or Terminal) Units Field instrumentation čidla a akční členy Systémy SCADA se používají ve většině rozsáhlejších průmyslových procesech (od 60. let 20. století): Výroba (klasická i jaderná) a rozvod elektřiny Chemický průmysl (např. petrochemie) Hutnický průmysl (např. výroba oceli, kontinuální lití, válcovny apod.) Potravinářský, farmaceutický průmysl, apod. Typický počet vstupů/výstupů: několik tisíc až několik stovek tisíc 3 4 1

2 HW architektura systému SCADA Jednotky RTU Hardware Příklad jednoduché architektury SCADA systému Ve skutečnosti může komunikační síť se skládat z různých typů sítí (metalických, optických i bezdrátových) a použité jednotky RTU mohou být různých typů a mohou být kombinovány s PLC (programovatelné automaty) Central SCADA master system Jednotka RTU je obvykle malý počítač (v průmyslovém provedení) Zprostředkovává centrálnímu počítači komunikaci s čidly a akčními členy (field instruments) Je samostatnou jednotkou pro získávání dat a řízení (Data Acquisition and Control) Radio Dva přístupy: jednodeskový (single board) a modulární Modem Centrální sběrnice Komunikační síť RTU1 RTU2 RTUn V Zdroj CPU Paměť RAM Paměť ROM Watchdog, reálný čas Komunikační modul(y) Modul AI Modul AO Modul DI Modul DO Čidla a akční členy 5 Diagnostický terminál Ethernet Sériové porty (RS232, RS485) 6 Jednotky RTU Software PLC vs. RTU Operační systém reálného času Může být skutečný RT OS nebo jen smyčka vzorkující vstupy a obsluhující komunikační porty Ovladač pro komunikaci se SCADA Master Ovladače pro vstupně-výstupní systém (pro čidla a akční členy) Aplikace SCADA Vzorkování vstupů, zpracovávání a ukládání dat, odpovídání na příkazy Masteru pomocí komunikace Konfigurace aplikací v RTU Jednoduché nastavování parametrů, povolování a zakazování některých vstupů/výstupů, nebo dokonce prostředí pro tvorbu uživatelských aplikací Diagnostika Souborový systém (jen někdy) Umožňuje download uživatelských programů a/nebo konfiguračních souborů PLC Programmable Logic Controller (programovatelný automat) Malý průmyslový počítač původně nahrazující reléovou logiku Měl vstupy a výstupy podobné jako RTU Obsahoval program vykonávající smyčku, ve které se četly vstupy a na jejich základě se vykonávaly různé akce Původně PLC neměl komunikaci! Podle potřeby začala být však doplňována RTU Remote Telemetry (or Terminal) Unit Od samého počátku podporovaly komunikaci, silnou stránkou byly složité komunikace Původně nebyly snadno programovatelné ve srovnání s PLC V současnosti bývají už plně programovatelné Postupně dochází ke splývání PLC a RTU 7 8 2

3 Otevřené vs. uzavřené systémy SCADA Př.: SW architektury centrálního systému Otevřený systém Systém, v němž hlavní komponenty splňují určité standardy Tyto komponenty mohou být nahrazeny jinými komponentami (i jiných výrobců), pokud splňujítytéž standardy Uživatel má možnost volby (není odkázán na jednoho výrobce) Obecný systém má složitější konfiguraci musí se přizpůsobit konkrétní aplikaci Uzavřený (Proprietary) systém Systém, v němž hlavní komponenty jsou dodávány jedním dodavatelem a odpovídají standardům daného dodavatele Odpovědnost za fungování systému má jeden dodavatel, naproti tomu vzniká velká závislost na tomto dodavateli Systém může být jednoduše aplikován ušit na míru dané oblasti aplikací Klíčovým faktorem jsou standardy nové standardy vedou k postupnému otevírání dříve uzavřených systémů Př. Průmyslový Ethernet, protokoly TCP/IP, OPC, SQL, ale i Fieldbus, Modbus, Profibus, atd. ASCII File Editor ASCII Files Commercial Commercial Developt. Tools Graphics Editor Library SCADA Developt. Environ. Export / Import Project Editor Driver Toolkit HMI Data R/W Driver Client / Server Publish / Subscribe -TCP/IP SCADA Server Recipe RT & Event Manager Data Report Recipe Processing RT SQL Alarm Log Archive Ref. OC Alarm Gener. Log Archive Managt. SCADA Client Trending Alarm Log Display Display OPC DDE API / DLL ActiveX Controls Private Application 3rd Party Applic. ActiveX Container Excel 9 VME PLC PLC Reg. 10 Přehled SW balíků HMI/SCADA Wonderware InTouch (zastoupení Pantek s.r.o) Tradičnívýrobce HMI/SCADA, dosud velký podíl na trhu Spolupracuje s aplikací IndustrialSQL server (též od WW) Indusoft: Web Studio (zastoupení Tecon s.r.o.) Výhodou je přenositelnost na různé platformy, včetně Windows CE Iconics, Inc. Genesis32 (pobočka v Plzni) Jako jeden z prvních systémů měl nativní podporu OPC (OPC-to-the-Core) Podpora SNMP a technologie data-mining (z různých databází) Siemens WinCC Pokrývá všechny řady automatů Siemens, komunikace Profibus DP/FMS, DDE, OPC. Rockwell Automation RSView32 Integrovaný HMI systém založený na komponentách (ActiveX). Nativně podporuje PCL od firmy Allen-Bradley Intellution, Inc. ifix HMI/SCADA Citect Corporation Citect GE Fanuc Cimplicity A mnoho dalších Tuzemské balíky SCADA/HMI Geovap spol. s r.o Reliance Microsys, spol. s r.o. Promotic Moravské přístroje a.s. Control Web Kontron Czech Aspic (dříve firma Merz) Coral s.r.o Tirs, Tirs Web

4 Stručný úvod do systému InTouch Připojitelnost zařízení do systémů Wonderware InTouch tradiční SCADA/HMI produkt firmy Wonderware Původně komunikoval s ovladači (I/O servers) přes protokol DDE firmy Microsoft DDE využívalo tříúrovňovou hierarchii: application (jméno aplikace), topic (název tématu), item (jméno položky) Př. v Excelu se zapisovalo DDE propojení v syntaxi: APPLICATION TOPIC!ITEM Pak Wonderware vyvinul síťovou a rychlejší verzi, tzv. Fast DDE Další novější komunikací je protokol SuiteLink, založený na TCP/IP Wonderware je součástí skupiny Invensys Invensys vyvinul technologii ArchestA jako komplexní architekturu pro automatizaci a informační systémy využívající nejnovější sw technologie InTouch může komunikovat s touto technologií prostřednictvím programu FS Gateway, který pracuje jako konvertor různých protokolů InTouch Application Manager Organizace projektů vyvíjených v systému InTouch Umožňuje vytvářet nové aplikace, nastavovat jejich vlastnosti Spouští programy Window Maker (1) a WindowViewer (2) Umí importovat (3) a exportovat (4) databázi proměnných InTouch Window Maker Slouží pro konfiguraci jednotlivých součástí aplikací Snímků, trendů, alarmů Databáze proměnných (Tagname Dictionary) Konfiguraci jednotlivých programů Vytváření šablon Atd

5 InTouch Window Viewer Tagname Dictionary Běh zkonfigurované aplikace v reálném čase Definice proměnných Volba typu Zařazení do alarmové skupiny Přípustné rozsahy Přístupové jméno (Access Name) u I/O proměnných Apod Kreslicí objekty Sdružování objektů Základní kreslicí objekty se nacházejí na liště Mohou být statické nebo jednoduše animované Pro animaci mají následujcící vlastnosti (podle typu, zde obdélník) Animace se dosahuje změnami hodnot připojených proměnných v reálném čase Nakreslené objekty lze sdružovat do symbolů a buněk: Symbol kombinace objektů, se kterou se zachází jako se jediným objektem. Symbolu je ponechán dialog vlastností, jejichž nastavení se vztahuje na všechny sdružené objekty Buňka seskupení dvou nebo více objektů, které si zachovávají pevnou prostorovou vazbu (nelze je zvětšovat). Každá složka však může mít vlastní animační propojení. Buňky jsou vhodné pro vytváření panelů zařízení

6 Předem připravené objekty Předem připravené (předkonfigurované) objekty lze nalézt v okně Wizard Selection: Patří sem i ActiveX komponenty Jejich metody lze volat ve skriptech Ve skriptech je možné obsluhovat i události Připojení veličin z OPC serverů Pro připojení dat z OPC serverů slouží utilita FS Gateway Konfiguruje se v ArchestrA SystemManagement Console Přidání OPC serveru V Configuration v menu na pravé tlačítko myši se zvolí Add OPC Object a pak se vyplní připojení k OPC serveru 23 6