Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

SCADA-система Trace Mode

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

Камская Инженерно-Экономическая Академия

Кафедра: Автоматизация и информационные технологии (АиИТ)

Контрольная работа по дисциплине «Интегрированные системы проектирования и управления»

На тему «SCADA-система Trace Mode»

8 Вариант

Выполнил: студент группы 4242-с

Сайфуллин Антон

Вадимович

№ зачетной книжки

4100810

Проверил: доцент Зиятдинов

Рустем Раисович

г. Набережные Челны

2012 г.

Содержание

Введение.........................................................................................................3
I – Раздел: SCADA – система.......................................................................4
Основные задачи, решаемые SCADA-системами......................................5
Основные компоненты SCADA...................................................................6
WebSCADA....................................................................................................8
Основные функции SCADA-системам......................................................10
I – Раздел: TRACE MODE..........................................................................11
Архитектура Trace Mode.............................................................................13
Интегрированная среда разработки TRACE MODE................................14
Поддерживаемое оборудование.................................................................19
История версий............................................................................................20
Заключение..................................................................................................21
Список использованной литературы.........................................................23

Введение

В этой контрольной работе рассказывается о SCADA системах получивших наибольшее распространение при разработке автоматизации процессов. SCADA системы сейчас, являются неотъемлемой частью современных автоматизированных систем управления процессами или как ее еще называют средой визуализации. Получив широкое распространение в начале 20-го века, сегодня уже трудно себе представить объект автоматизации, на который бы не была установлена SCADA система. Уже практически ушли в историю огромные шкафы с панелями вторичных приборов, на смену им пришли автоматизированные рабочие места (АРМ). Внедрение SCADA систем приводит к существенному удешевлению эксплуатации вторичного оборудования на крупных объектах, путем переноса индикации и накопления технологической информации на пульт диспетчера АРМ.

TRACE MODE - это одна из самых покупаемых в России SCADA-система, предназначенная для разработки крупных распределенных АСУТП широкого назначения. Система TRACE MODE создана в 1992 году и к настоящему времени имеет свыше 6500 инсталляций. Проекты, разработанные на базе TRACE MODE, работают в энергетике, металлургии, атомной, нефтяной, газовой, химической, космической и других отраслях промышленности, в коммунальном и сельском хозяйстве России. По числу внедрений в России, TRACE MODE значительно опережает зарубежные пакеты подобного класса. Имеются также внедрения в странах СНГ, а также в Балтии, Анголе, Ирландии, Италии, Ираке, Китае, США.

I – Раздел: SCADA – система

SCADA (от англ. 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 операторский контроль за технологическими процессами в реальном 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 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 термин SCADA больше используется для обозначения только программной части человеко-машинного интерфейса АСУ ТП.

Основные задачи, решаемые SCADA-системами

Рисунок 1 - Операторский интерфейс, разработанный в SCADA

SCADA-системы решают следующие задачи:

Обмен данными с УСО (устройства связи с объектом, то есть с промышленными контроллерами и платами ввода/вывода) в реальном времени через драйверы.[1]
Обработка информации в реальном времени.
Логическое управление.
Отображение информации на экране монитора в удобной и понятной для человека форме.
Ведение базы данных реального времени с технологической информацией.
Аварийная сигнализация и управление тревожными сообщениями.
Подготовка и генерирование отчетов о ходе технологического процесса.
Осуществление сетевого взаимодействия между SCADA ПК.
Обеспечение связи с внешними приложениями (СУБД, электронные таблицы, текстовые процессоры и т. д.). В системе управления предприятием такими приложениями чаще всего являются приложения, относимые к уровню MES.

SCADA-системы позволяют разрабатывать АСУ ТП в клиент-серверной или в распределенной архитектуре.

Основные компоненты SCADA

SCADA—система обычно содержит следующие подсистемы:

Драйверы или серверы ввода-вывода — программы, обеспечивающие связь SCADA с промышленными контроллерами, счетчиками, 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.[4]

Термин SCADA обычно относится к централизованным системам контроля и управления всей системой, или комплексами систем, осуществляемого с участием человека. Большинство управляющих воздействий выполняется автоматически RTU или ПЛК. Непосредственное управление процессом обычно обеспечивается RTU или PLC, а SCADA управляет режимами работы. Например, PLC может управлять потоком охлаждающей воды внутри части производственного процесса, а SCADA система может позволить операторам изменять уставку для потока, менять маршруты движения жидкости, заполнять те или иные емкости, а так же следить за тревожными сообщениями (алармами), такими как — потеря потока и высокая температура, которые должны быть отображены, записаны, и на которые оператор должен своевременно реагировать. Цикл управления с обратной связью проходит через RTU или ПЛК, в то время как SCADA система контролирует полное выполнение цикла.[5]

Сбор данных начинается в RTU или на уровне PLC и включает — показания измерительного прибора. Далее данные собираются и форматируются таким способом, чтобы оператор диспетчерской, используя HMI мог принять контролирующие решения — корректировать или прервать стандартное управление средствами RTU/ПЛК. Данные могут также быть записаны в архив для построения трендов и другой аналитической обработки накопленных данных.

WebSCADA

Под термином WebSCADA, как правило, понимается реализация человеко-машинного интерфейса (HMI) SCADA-систем на основе web-технологий.

Это позволяет осуществлять контроль и управление SCADA-системой через стандартный браузер, выступающего в этом случае в роли тонкого клиента.

Архитектура таких систем включает в себя WebSCADA-сервер и клиентские терминалы — ПК, КПК или мобильные телефоны с Web-браузером. Подключение клиентов к WebSCADA-серверу через Internet/Intranet позволяет им взаимодействовать с прикладной задачей автоматизации как с простой web или WAP-страницей. Однако на данном этапе развития WebSCADA еще не достигло уровня широкого промышленного внедрения, так как существуют сложности с защитой передаваемой информации. Кроме этого, реализация функций управления через незащищенные каналы связи противоречит соображениям безопасности любого промышленного объекта. В связи с этим, в большинстве случаев Web-интерфейсы используются в качестве удаленных клиентов для контроля и сбора данных.[3]

Не смотря на большое разнообразие SCADA систем на рынке, большинство из них имеет примерно одинаковый набор функциональных возможностей позволяющих выполнять основные требования, предъявляемые к верхнему уровню АСУ ТП. Набор стандартных функций в SCADA системах обусловлен общим кругом задач при разработке систем автоматизации. Определим состав основных функций позволяющих выполнить полноценный проект по автоматизации:

То без чего не обходится ни одна SCADA система – это графический интерфейс, который позволяет упростить задачу построения и отображения технологического процесса (ТП). К графической части можно отнести возможность упрощенного или детализированного отображения объектов ТП., средств измерения физических параметров технологических объектов (ТО). Кроме того позволяет отображать кнопки, индикаторы, панели стрелочных или цифровых индикаторов, регуляторов и других вторичных приборов которые раньше располагались на панели шкафа автоматизации. Поддержка библиотек изображений и видео позволяющая выводить графическую информацию сторонних разработчиков на графическую панель SCADA системы, такие как элементы мнемосхем, динамические объекты.
SCADA системы позволяют вести архив измерений, событий и аварийных ситуаций происходящих на ТО, с отображением изменений информации в окне временного тренда.
Упрощенный язык составления алгоритмов управления ТП, математических вычислений.
Драйвера устройств и оборудования согласованной работы со SCADA системой, находящихся на нижнем и среднем уровнях АСУ ТП, такие как датчики, вторичное оборудование контроллеры.
Поддержка других языков программирования высокого уровня (Visual C++, VBA, VB).
И одна из важнейших функций SCADA систем – средства защиты от несанкционированного доступа к файлам и компонентам.

Основные функции SCADA - системы

Модульная структура - от 128 до 64000х16 I/O. Количество тегов не ограничено;
0.001 с - минимальный цикл системы;
Открытый формат драйвера для связи с любым УСО;
Открытость для программирования (Visual Basic, Visual C++ и т.д.);
Разработка распределенной АСУТП как единого проекта;
Средства сквозного программирования АСУТП верхнего (АРМ) и нижнего (ПЛК) уровня;
Встроенные библиотека из более чем 150 алгоритмов обработки данных и управления в т.ч. фильтрация, PID, PDD, нечеткое, адаптивное, позиционное регулирование, ШИМ, управление устройствами (клапан, задвижка, привод и т.д.), статистические функции и произвольные алгоритмы;
Автоматическое горячее резервирование;
Поддержка единого сетевого времени;
Средства программирования контроллеров и АРМ на основе международного стандарта IEC 61131-3;
Более 200 типов форм графического отображения информации в т.ч. тренды, мультипликация на основе растровых и векторных изображений, ActiveX;
Сеть на основе Netbios, NetBEUI, IPX/SPX, TCP/IP;
Обмен с независимыми приложениями с использованием OPC client/server, DDE/NetDDE client/server, SQL/ODBC, DCOM;
Автоматическое резервирование архивов и автовосстановление после сбоя;
Мониторинг и управление через Internet;
Полностью русифицирована;
Техническая поддержка на русском языке;

II – Раздел: TRACE MODE

TRACE MODE (произносится «Трэ́йс мо́уд» или «Трэ́йс мо́д») — экспериментальный программный комплекс класса SCADA HMI, разработана компанией AdAstra Research Group, Москва в 1992 году. Предназначена для разработки программного обеспечения АСУТП, систем телемеханики, автоматизации зданий, систем учета электроэнергии (АСКУЭ, АИИС КУЭ), воды, газа, тепла, а также для обеспечения их функционирования в реальном времени. Начиная с версии 4.20 (1995) TRACE MODE обладает функциями для программирования промышленных контроллеров.

TRACE MODE состоит из инструментальной системы и из набора исполнительных модулей (рантаймов). В Инструментальной системе создается набор файлов, который называется «проектом TRACE MODE». С помощью исполнительных модулей TRACE MODE проект АСУ запускается на исполнение в реальном времени на рабочем месте диспетчера или оператора.

Особенностью TRACE MODE является «технология единой линии программирования», то есть возможность разработки всех модулей АСУ при помощи одного инструмента. Технология единой линии программирования позволяет в рамках одного проекта создавать средства человеко-машинного интерфейса, системы учета ресурсов, программировать промышленные контроллеры и разрабатывать web-интерфейс. Для этого в инструментальную систему TRACE MODE встроены специализированные редакторы. Среди них:

Редактор графических мнемосхем;
Редактор экранных панелей;
Редактор программ на визуальном языке FBD (стандарт МЭК 6-1131/3);
Редактор программ на визуальном языке SFC (стандарт МЭК 6-1131/3);
Редактор программ на визуальном языке LD (стандарт МЭК 6-1131/3);
Редактор программ на процедурном языке ST (стандарт МЭК 6-1131/3);
Редактор программ на процедурном языке IL (стандарт МЭК 6-1131/3);
Редактор шаблонов документов;
Построитель связей с СУБД;
Редактор паспортов оборудования (EAM);
Редактор персонала (HRM);
Редактор материальных ресурсов (MES);

Исполнительные модули TRACE MODE имеют разные функции в зависимости от их роли в АСУ ТП. Основными исполнительными модулями программы являются:

Монитор реального времени — МРВ;
Монитор реального времени + — МРВ+;
Монитор реального времени + с сервером документирования — ДокМРВ+;
Double Force МРВ+ — 2 МРВ+ с горячим резервированием;
Монитор реального времени+ с поддержкой GSM/GPRS — GSM МРВ+;
Клиентский модуль NetLink Light;
Веб-сервер TRACE MODE — TRACE MODE DataCenter;
Исполнительные модули для промышленных контроллеров — Micro TRACE MODE;

Архитектура Trace Mode

TRACE MODE состоит из инструментальной системы и исполнительных (run-time) модулей. При помощи инструментальной системы осуществляется разработка АСУ. Исполнительные модули служат для запуска в реальном времени проектов, разработанных в инструментальной системе TRACE MODE.

TRACE MODE 5 создана в архитектуре клиент-сервер и основана на новейшей распределенной общей модели объектов - DCOM, лежащей в основе Windows NT/2000. Поэтому отдельные модули системы легко сопрягаются между собой, а АСУТП на базе TRACE MODE легко поддерживать, развивать и интегрировать в корпоративные информационные системы.

Факты о производительности

Современная 32-разрядная архитектура TRACE MODE 5 обеспечивает высочайшую производительность системы в реальном времени. Так например, следующие характеристики были замерены на ПК Pentium II 233 в ходе экстремального тестирования:

Пересчет базы каналов - 320.000 каналов в секунду;
Скорость записи данных в архив - 100.000 параметров в секунду;
Скорость передачи данных через сеть Ethernet 10 Mbit - 60.000 параметров в секунду;
Скорость обновления форм отображения - 4.000 тревог в секунду;

Тесты производительности Микро МРВ - исполнительной системы для РС-контроллеров проведенные на контроллере Micro PC с процессором AMD 133 Mhz показали следующие характеристики программы:

Пересчет базы каналов - 23.000 каналов в секунду;

Интегрированная среда разработки TRACE MODE

Представляет собой единую программную оболочку, объединяющую все основные компоненты инструментальной системы:

SOFTLOGIC - систему программирования контроллеров;
SCADA/HMI - систему разработки распределенной АСУТП;
MES-EAM-HRM - экономические модули, объединенные общим

Рисунок 2 – Программная оболочка Trace Mode

названием T-FACTORY.exe™ - для создания АСУП, полностью интегрированных с АСУТП.

В интегрированную среду разработки TRACE MODE 6 встроены более десяти редакторов, автоматически открывающихся при вызове того или иного компонента проекта. Среди них:

Редактор графических экранных форм;
Редактор программ на визуальном языке Techno FBD;
Редактор программ на визуальном языке Techno SFC;
Редактор программ на визуальном языке Techno LD;
Редактор программ на процедурном языке Techno ST;

Рисунок 3 – Редакторы Trace Mode

Редактор программ на процедурном языке Techno IL;
Редактор шаблонов документов;
Редактор SQL-запросов;
Редактор паспортов оборудования (EAM);
Редактор персонала (HRM);
Редактор материальных ресурсов (MES);

Кроме того, интегрированная среда разработки TRACE MODE (профессиональной линии) содержит обширные библиотеки готовых компонентов и алгоритмов:

бесплатные драйверы к более, чем 2490 контроллерам и платам ввода/вывода;
свыше 1000 графических изображений;
свыше 600 анимационных объектов;
более 150 алгоритмов обработки данных и управления.

Рисунок 4 – Готовые алгоритмы Trace Mode

В интегрированной среде разработки TRACE MODE 6 поддерживается технология многопользовательской разработки проекта (для этого требуется приобретение дополнительного сервера групповой разработки и использование инструментальных систем профессиональных линий).

Алгоритмы управления на всех уровнях АСУ программируются на одних и тех же языках стандарта IEC 61131-3. Связи между компонентами разных уровней, например, между SOFTLOGIC-контроллером и сервером АСУТП или между двумя серверами создаются автоматически с помощью уникальной технологии автопостроения в рамках единого проекта распределенной АСУ, поэтому вычисления могут быть легко перенесены из компьютера в контроллер или наоборот. Все редакторы тесно интегрированы с мощными средствами отладки, благодаря чему достигается максимальный комфорт разработки сложных распределенных АСУТП и АСУП.

Рисунок 5 – Компоненты проекта Trace Mode

Все компоненты проекта - экраны, программы, SQL-запросы, шаблоны документов, каналы TRACE MODE и источники данных связаны между собой через аргументы. Аргументы позволяют достичь максимальной гибкости при создании связей между отдельными компонентами. Например, данные из программы в контроллере могут быть напрямую связаны с отображением на экране операторской станции или с формой планирования производства MES, для этого необязательно создавать дополнительные каналы.

Инструментальная система поставляется с набором бесплатных драйверов к более чем 2490 контроллерам и платам ввода/вывода. Источники данных - сигналы с УСО и контроллеров создаются и конфигурируются в системе автоматически с помощью автопостроения. Это позволяет избежать ошибок ручных привязок и значительно сократить время разработки проекта.

Интегрированная среда разработки позволяет постепенно наращивать функциональность АСУ, начиная с простого мониторинга и визуализации технологического процесса на одном ПК SCADA/HMI и заканчивая реализацией сложных контуров управления, организацией распределенных вычислений, подключением дополнительных рабочих мест и экономических модулей: учет и техническое обслуживание оборудования (EAM), учет и управление персоналом (HRM) и управление исполнением производства (MES). При этом разработчик не будет испытывать никакого психологического дискомфорта при переходе, например, от программирования операторского интерфейса SCADA/HMI к SOFTLOGIC контроллерам или EAM, ведь редакторы, средства отладки и языки программирования используются одни и те же.

Интегрированная среда разработки TRACE MODE 6 ориентирована на широкий круг специалистов и умеет подстраиваться под квалификацию разработчика АСУТП и АСУП. При создании проекта можно выбрать стиль разработки: простой, стандартный или продвинутый.

Интегрированная среда разработки TRACE MODE 6 может запускаться параллельно с исполнительным модулем - Монитором реального времени (МРВ) на одном ПК, что очень удобно для сопровождения малых АСУТП.

Отредактированный проект может быть автоматически обновлен на удаленных серверах SCADA/HMI, MES, EAM, HRM и в SOFTLOGIC-контроллерах.

Инструментальная система разработки TRACE MODE 6 снабжена специальным отладочным монитором реального времени - профайлером. Это разновидность исполнительного модуля TRACE MODE, предназначенная для отладки проекта АСУТП в реальном времени. От обычного МРВ профайлер отличается тем, что протоколирует все свои действия в текстовом файле. Профайлер это самостоятельное приложение, но проект может быть запущен в нем из интегрированной среды разработки TRACE MODE 6 нажатием одной кнопки на панели инструментов.

Поддерживаемое оборудование

TRACE MODE содержит библиотеку бесплатных драйверов к более чем 2400 промышленным контроллерам (ПЛК), платам ввода/вывода и счетчикам электроэнергии и ресурсов. Эти драйверы доступны также и в бесплатной, базовой версии TRACE MODE. В ней поддерживаются следующие стандартные протоколы:

BACnet/IP;
DCON;
DeviceNet;
IEC 60870-5-101;
IEC 60870-5-104;
IEC 61107-2001;
Hart;
HOST-Link;
M-BUS;
Melsec;
Modbus RTU;
Modbus TCP/IP;
PPI;
NMEA 0183;
SNMP.

История версий

1992 — 1, 2, 3, 3.01 MS DOS;
1993 — 4.0 MS DOS;
1994 — 4.10 MS DOS;
1996 — 4.20 MS DOS, Windows 3.11;
1998 — 5.0 Windows NT;
1999 — 5.04 Windows NT;
2000 — 5.05, 5.06 Windows NT;
2001 — 5.08 Windows NT;
2002 — 5.09, 5.11 Windows 2000;
2003 — 5.12, 5.14 Windows 2000;
2004 — 5.15, 6.0 Windows 2000, XP;
2005 — 6.01, 6.02 Windows XP, Windows CE;
2006 — 6.03, 6.04 6.05 Windows XP, Windows CE;
2008 — 6.06 Windows XP, Windows CE;
2009 — 6.06.2 Windows XP, Windows CE;
2010 — 6.07 Windows XP, Windows CE;
2011 — 6.07.7 Windows XP, Windows 7, Windows CE;
2012 — 6.08 Windows 7, Windows XP, Windows CE.