Инструментарий информационной технологии SCADA систем

 

 

 

 

Кафедра «Электроснабжение»

 

 

 

РЕФЕРАТ по дисциплине

«Информационные системы в электроэнергетике»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Оглавление

 

1.  Процессы, протекающие в информационной системе……………………3

2.  Телемеханика…………………………………………………………………..7

3.  Инструментарий информационной технологии  SCADA систем……....11

Список использованных источников……………………………………………..16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Процессы, протекающие в информационной системе.

Информационная система— это взаимосвязанная совокупность средств, методов и персонала, используемых для хранения, обработки и выдачи информации в интересах достижения поставленной цели. 
Современное понимание информационной системы предполагает использование в качестве основного технического средства переработки информации компьютера. Кроме того, техническое воплощение информационной системы само по себе ничего не будет значить, если не учтена роль человека, для которого предназначена производимая информация и без которого невозможно ее получение и представление.

Информационный процесс – «процесс создания, сбора, обработки, накопления, хранения, поиска, распространения и потребления информации» [Закон РФ «Об участии в информационном обмене» от 04.07.1996, № 85-ФЗ].

Информационный ресурс – это отдельные документы и отдельные массивы документов, документы и массивы документов в информационных системах (библиотеках, архивах, фондах, банках данных, других видах информационных систем) [Закон РФ «Об участии в информационном обмене»].

В нормативно-правовом аспекте документ определяется как зафиксированная на материальном носителе информация с реквизитами, позволяющими ее идентифицировать. 
Процесс документирования превращает информацию в информационные ресурсы.

Процессы, обеспечивающие работу информационной системы, можно представить в виде схемы (см. рис. 1.1.).

Рис. 1.1. Процессы в информационной системе

Процессы, обеспечивающие работу информационной системы любого назначения, условно можно представить состоящими из следующих блоков:

• ввод информации из внешних или внутренних источников;
• обработка входной информации и представление ее в удобном виде;
• вывод информации для представления потребителям или передачи в другую систему;
• обратная связь — это информация, переработанная людьми данной организации для   коррекции входной информации.

Информационные процессы реализуются с помощью информационных процедур, реализующих тот или иной механизм переработки входной информации в конкретный результат.

Различают следующие типы информационных процедур:

1. Полностью формализуемые, при выполнении которых алгоритм переработки информации остается неизменным и полностью определен (поиск, учет, хранение, передача информации, печать документов, расчет на моделях).
2. Неформализуемые информационные процедуры, при выполнении которых создается новая уникальная информация, причем алгоритм переработки исходной информации неизвестен (формирование множества альтернатив выбора, выбор одного варианта из полученного множества).
3. Плохо формализованные информационные процедуры, при выполнении которых алгоритм переработки информации может изменяться и полностью не определен (задача планирования, оценка эффективности вариантов экономической политики).

Функции информационных подразделений, создающих и поддерживающих информационные системы (служба администратора): оповещение и обработка запросов; поддержание целостности и сохранности информации; периодическая ревизия информации; автоматизация индексирования информации.

В целом информационные системы определяется следующими свойствами:

• любая информационная система может быть подвергнута анализу, построена и управляема на основе общих принципов построения систем;
• информационная система является динамичной и развивающейся;
• при построении информационной системы необходимо использовать системный подход;
• выходной продукцией информационной системы является информация, на основе которой принимаются решения;
• информационную систему следует воспринимать как человеко-машинную систему обработки информации.

 

 Внедрение информационных систем может способствовать:

• получению более рациональных вариантов решения управленческих задач за счет внедрения математических методов;
• освобождению работников от рутинной работы за счет ее автоматизации;
• обеспечению достоверности информации;
• совершенствованию структуры информационных потоков (включая систему документооборота);
• предоставлению потребителям уникальных услуг;
• уменьшению затрат на производство продуктов и услуг (включая информационные).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Телемеханика.

Телемеханика (ГОСТ) – отрасль техники и техническая наука о контроле и управлении на расстоянии посредством преобразования контролируемых параметров и воздействий в сигналы, передаваемые по линиям связи. Телемеханика изучает проблемы, связанные с управлением технологическими процессами пространственно-распределенных промышленных объектов.

Телеметрия - является составной частью телемеханики.

Специфическими особенностями телемеханики являются: 

• удалённость объектов контроля и управления;
• необходимость высокой точности передачи измеряемых величин;
• недопустимость большого запаздывания сигналов;
• высокая надёжность передачи команд управления;
• высокая степень автоматизации процессов сбора информации.

Под объектами телемеханики понимаются производственные, исследовательские, лабораторные и др. объекты, для которых необходимо производить удалённые измерения и сбор информации для предоставления оператору или пользователю, и управление технологическими процессами.

Телемеханизация применяется тогда, когда необходимо объединить разобщённые или территориально рассредоточенные объекты управления в единый производственный комплекс (например, при управлении газо- и нефтепроводом, энергосистемой, железнодорожным узлом, системой пожаротушения, управление насосами на насосной станции и т.п.), либо когда присутствие человека на объекте управления нежелательно (например, в атомной промышленности, на химических предприятиях) или невозможно (например, при управлении непилотируемой ракетой). Внедрение телемеханических систем позволяет сократить численность обслуживающего персонала, уменьшает простои оборудования, освобождает человека от работы во вредных для здоровья условиях. Особое значение телемеханика приобретает в связи с созданием автоматизированных систем управления (АСУ). Обработка данных, полученных по каналам телемеханики, на ЭВМ позволяет значительно улучшить контроль технологического процесса и упростить управление. Поэтому в настоящее время вместо понятия "телемеханика" используется сокращение АСУ ТП - автоматизированная система управления технологическим процессом. Современная система телемеханики также немыслима без компьютера, поэтому можно сказать, что телемеханика и АСУ ТП - близнецы-братья. Разница между этими понятиями улавливается лишь по времени появления и по традиции использования. Например, в энергетике предпочитают использовать слово телемеханика, на промышленных предприятиях - АСУ ТП. Телемеханика подразумевает удаленное управление технологическим процессом, в то время как АСУ ТП определяется как управление технологическим процессом в общем случае (удаленно или локально). Поэтому можно сказать что телемеханика – это составная часть АСУ ТП. В англоязычных источниках аналогом понятия "телемеханика" является сокращение SCADA (СКАДА) — Supervisory Control And Data Acquisition - диспетчерское управление и сбор данных, в которое вкладывается, по сути, тот же смысл. Сейчас же словом SCADA называется программный пакет для сбора, обработки, отображения и архивирования информации об объекте управления. В зависимости от информационной насыщенности объекта управления, SCADA является необязательной частью АСУ ТП. Примеры SCADA систем: Genesis, InTouch, Winlog, MasterSCADA, Trace Mode, OpenSCADA и т.п.

К средствам телемеханизации относятся устройства телеуправления, телесигнализации,телеизмерения. 
Телеуправление — передача на расстояние сигналов управления, которые воздействуют на исполнительные механизмы установок. 
Телесигнализация — передача на расстояние сигналов о состоянии контролируемыхустановок. 
Телеизмерение — передача на расстояние сигналов, характеризирующих режим работы установок (напряжения, тока, давления, температуры и т. п.).

На объекте телемеханики установлены датчики, контрольно-измерительные приборы и исполнительные механизмы (клапаны, задвижки, насосы, двигатели и т.п.), которые подключены к устройствам управления и сбора данных. Устройства управления и сбора данных обрабатывают информацию полученную от КИП и датчиков и выдают управляющие сигналы, а также обмениваются информацией с интерфейсом "Человек-машина" посредством приемо-передатчиков и канала связи. Интерфейс "Человек-машина" выдает данные в удобном виде оператору-пользователю. Оператор-пользователь посредством интерфеса человек-машина получает информацию об объекте телемеханики, а также осуществляет управление технологическими процессами объекта телемеханики.

Центральным устройством управления и сбора данных является программируемый логический контроллер, к которому подключаются модули ввода-вывод информации, терморегуляторы, частотные преобразователи, пневмо преобразователи и т.п. Программируемый логический контроллер управляет исполнительными механизмами по программе технологического процесса. Оператор-пользователь имеет возможность наблюдать и изменять переменные программы, но не программу в целом.

        Виды каналов связи: 
                         - проводные; 
                         -  беспроводные; 
                         - оптические. 
              Для каждого вида канала связи разработаны технологии связи: 
1. Проводные: Ethernet, RS485, RS232, телефонная связь и др. 
2. Беспроводные: GSM, GPRS, 3G, Wi-fi, Bluetooth, WiMAX, спутниковая связь, радиосвязь связь и др. 
3. Оптические: оптические проводные (оптоволоконные), оптические беспроводные (лазерные). 
            Для каждой технологии связи существуют протоколы передачи данных такие как: Modbus TCP, Modbus RTU, Modbus ASCI, DCON, CAN, Profibus, OWEN и др. 
Каждая технология связи имеет свои ограничения по скорости и дальности передачи информации.

В зависимости от канала связи, подбираются приемо-передатчики. Например, для GSM канала связи приемопередатчиками являются GSM модемы, для радиосвязи - радио-модемы, для Ethernet - контроллеры Ethernet, для спутниковой связи - спутниковые антенны с ресиверами и т.п.

В качестве интерфейса "Человек-машина" могут выступать: персональный компьютер, сотовый телефон, панель оператора и т.п.

 

 

 

 

Инструментарий информационной технологии  SCADA систем.

SCADA (supervisory control and data acquisition, диспетчерское управление и сбор данных) - программный пакет, предназначенный для разработки или обеспечения работы в реальном времени систем сбора, обработки, отображения и архивирования информации об объекте мониторинга или управления. SCADA может являться частью АСУ ТП, АСКУЭ, системы экологического мониторинга, научного эксперимента, автоматизации здания и т. д. SCADA-системы используются во всех отраслях хозяйства, где требуется обеспечивать автоматическое управление технологическими процессами в режиме реального времени. Данное программное обеспечение устанавливается на компьютеры и, для связи с объектом, использует драйверы ввода-вывода или OPC / DDE-серверы. Программный код может быть как написан на языке программирования (например на C++), так и сгенерирован в среде автоматизированного проектирования.

Иногда SCADA-системы комплектуются дополнительным ПО для программирования промышленных контроллеров. Такие SCADA-системы называются интегрированными и к ним добавляют термин SoftLogic.

Термин “SCADA” имеет двоякое толкование. Наиболее широко распространено понимание SCADA как приложения, то есть программного комплекса, обеспечивающего выполнение указанных функций, а также инструментальных средств для разработки этого программного обеспечения. Однако, часто под SCADA-системой подразумевают программно-аппаратный комплекс. Подобное понимание термина SCADA более характерно для раздела телеметрия.

Значение термина SCADA претерпело изменения вместе с развитием технологий автоматизации и управления технологическими процессами. В 80-е годы под SCADA-системами чаще понимали программно-аппаратные комплексы сбора данных реального времени. С 90-х годов в связи с тем, что всё большая часть функций автоматического управления решается не аппаратными, а программными средствами, термин SCADA больше используется для обозначения только программной части человеко-машинного интерфейса АСУ ТП.

SCADA—система обычно  содержит следующие подсистемы:

• Драйверы или серверы ввода-вывода — программы, обеспечивающие связь SCADA с промышленными контроллерами, счётчиками, АЦП и другими устройствами ввода-вывода информации.
• Система реального времени — программа, обеспечивающая обработку данных в пределах заданного временного цикла с учетом приоритетов.
• Человеко-машинный интерфейс (HMI, англ. Human Machine Interface — инструмент, который представляет данные о ходе процесса человеку оператору, что позволяет оператору контролировать процесс и управлять им. Программа-редактор для разработки человеко-машинного интерфейса.
• Система логического управления — программа, обеспечивающая исполнение пользовательских программ (скриптов) логического управления в SCADA-системе. Набор редакторов для их разработки.
• База данных реального времени — программа, обеспечивающая сохранение истории процесса в режиме реального времени.
• Система управления тревогами — программа, обеспечивающая автоматический контроль технологических событий, отнесение их к категории нормальных, предупреждающих или аварийных, а также обработку событий оператором или компьютером.
• Генератор отчетов — программа, обеспечивающая создание пользовательских отчетов о технологических событиях. Набор редакторов для их разработки.
• Внешние интерфейсы — стандартные интерфейсы обмена данными между SCADA и другими приложениями. Обычно OPC, DDE, ODBC, DLL и т. д.

Ниже приведены некоторые характеристики инструментальных средств разработки  SCADA-систем, существенно влияющие на время и скорость разработки проектов автоматизации:

1)    Интегрированная  среда разработки (ИСР) проекта. Единая среда, включающая в себя весь набор средств по разработке проектов АСУТП от начала и до конца. Такая ИСР позволит сократить количество ненужных переключений между  инструментарием  с различным интерфейсом, уменьшит количество привязок и ссылок в проекте, избавит от необходимости постоянно синхронизировать и поддерживать в целостном состоянии различные части проекта. Всё это, в конечном итоге, значительно уменьшит сложность проекта. 

2)    Объектно-ориентированная  парадигма в построении  SCADA-проектов  и разработке технологических  алгоритмов. На сегодняшний день это самая удачная и применяемая технология, позволяющая максимально понятно и адекватно отражать свойства реальных объектов в проекте. В рамках  SCADA-проектов  объект представляет собой элемент, который характеризуется совокупностью тегов (входных, внутренних и внешних состояний объекта), видов (графических представлений объекта, таких как мнемосхемы и отчёты) и поведений ( технологических алгоритмов, сигнализаций и других описаний действий объекта). В сочетании с поддержкой Drag&Drop-технологии объектно-ориентированный подход делает процесс создания проекта интуитивно понятным и легко поддерживаемым.

3)    Повторное  использование объектов. Нет необходимости подчёркивать важность использования уже готовых наработок в новых проектах. Объектно-ориентированная парадигма выводит решение этой задачи на совершенно новый уровень. Элементами объектно-ориентированной библиотеки являются не отдельные ресурсы, такие как скрипты, мнемосхемы, теги и т.д., а целые самодостаточные объекты с реализованной в них логикой работы, необходимыми представлениями и состояниями. Повторное использование таких объектов может сэкономить немало времени разработчика. Кроме того, поддержка наследования для элементов, полученных из библиотеки, значительно упрощает внесение дальнейших изменений в объекты. Стоит поменять свойства объекта в библиотеке, например, вид электросчётчика или алгоритм работы задвижки, как все унаследованные элементы при необходимости тут же подхватят это изменение.

4)    Наличие  и состав встроенного  инструментария  разработки – один из наиболее важных и определяющих аспектов, на которые необходимо обращать внимание при выборе  SCADA-системы . Отсутствие тех или иных инструментов в  SCADA  может привести к невозможности реализации конечной задачи, либо к дополнительным затратам на создание этих функций своими силами. Наиболее распространённый и востребованный  инструментарий  в проектах – это:

• подсистема трендирования, позволяющая сохранять и по запросу воспроизводить историю изменения технологических параметров
• подсистема событий, дающая возможность ведения и отображения протокола событий
• скриптовая подсистема, служащая для реализации технологических алгоритмов и различных расчётов
• подсистема отчётов, реализующая функции создания, редактирования и рассылки отчётов
• и, конечно, графическая подсистема для динамической визуализации мнемосхем, трендов, отчётов и протоколов событий

Поддержка различных архитектур. Распределение функций  SCADA-системы  по рабочим местам становится возможным благодаря способности инструментального пакета поддерживать различные архитектуры автоматизированных систем – от локальных, когда сервер и клиент функционируют на одном компьютере, до распределенных систем управления. На сегодняшний момент в  SCADA-системах  наиболее часто реализуется поддержка клиентов двух типов: «тонкого» Web–клиента и «толстого» – клиентов локальной сети. Первый тип в силу ограничений, налагаемых Web–технологией, обычно используется для построения удалённых клиентских мест мониторинга технологического процесса с ограниченными функциями управления. Для его работы достаточно Web–браузера. Основное преимущество Web–клиентов – это возможность использования их в Internet/Intranet-сетях и на стационарных и мобильных устройствах с разными операционными системами, а также минимальное техническое обслуживание рабочих мест. Второй тип используется для построения полнофункциональных рабочих мест в рамках локальной сети. При этом требуется установка дополнительного программного обеспечения на каждое рабочее место. Главный «конёк» клиентов локальной сети – это их интерактивность (быстрый интерфейс и минимальное время реакции на действия), а также надёжность при передаче управляющих команд на сервер.

Необходимо также обратить внимание на наличие системы разграничения доступа к отдельным данным и элементам проекта, поскольку наверняка  эти функции будут востребованы при построении нескольких рабочих мест.

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ  ИСТОЧНИКОВ

1. Ю. С. Избачков, В. Н. Информационные системы: учеб. Пособие.  Петров. - 2-е изд. - СПб. : Питер, 2012. - 656с.

2. С.Ф. Василевский, А.Н. Шпиганович. Автоматизация управления системами электроснабжения предприятий, организаций и учреждений с использованием баз данных в СУБД Access[Текст]: учебное пособие; под общей редакцией А.Н. Шпигановича Липецк: ЛГТУ, 2011.-272с.

3. Советов Б.Я., Цехановский В.В. Информационные технологии. Историческая справка.– М.: Высш. шк., 2014–368с.

4. Советов Б.Я., Цехановский В.В. Информационные  технологии. – М.: Высш. шк., – 368с. 2005

5. Ю.А.Вантюсов, Ю.Д.Волков,Л.Б.Арсентьева, Алгоритмы и программы задач сельской энергетики Учеб.пособие и др. -Саранск:Изд-воМордов. Ун-та,.168с. 1996

6. Регламент оперативного диспетчерского управления электроэнергетическим режимом объектов управления ЕЭС России (с изм. от30.01.2009).

7. Шерешевский Л. А. Программно-технические средства Siemens для АСОДУ в энергетике. //Энергетика Татарстана. – 2007. – №1 (5).

8. Оперативное управление  в энергосистемах: учеб. Пособие/ Е.В. Колентионок, В.Г. Прокопенко, В.Т. Федин. –Минск: Выш. шк., 2007. –351 с.

9. Журнал «ЭнергоРынок»

10. Журнал «Энергетика»