Industrijski sistemi i protokoli SCADA

SCADA je akronim od Supervisory Control And Data Acquisition (nadzor, praćenje, upravljanje i prikupljanje podataka) i podrazumeva ceo spektar opreme, sistema rešenja koja omogućavaju prikupljanje podataka o nekom procesu -udaljenom sistemu, obradu istih, nadzor, i u pojedinim slučajevima i reagovanja na adekvatan način. Ovo je konvencionalan način objaašnjenja termina.

Da vidimo ne nešto jasnije gde to možemo sresti SCADA sistem.

Vodoprivreda, energetika, poljoprivreda, komunikacije, sigurnosni sistemi i mnogi drugi koriste SCADA sisteme.

Procesno upravljanj rocesno upravljanje (engl. Process Control, sastoji se od sistema kojim se upravlja (proces - upravljani sistem, engl. Controlled System) i njegovog upravljačkog sistema (engl. Controlling System).

Naime treba re reći da su u suštini svi upravljani sistemi (objekti upravljanja) nelinearni i vremenski kontinualni. Ova formulacija se odnosi na matematički aparat koji se primenjuje za njihovo opisivanje - matematičko modeliranje.

Na bližem kraju je običan PC računar koji preko akviziciono-upravljačke kartice prima podatke, obrađuje ih, formira informacije o procesu i na taj način vrši nadzor, ali i upravljanje ako je predviđeno na tom nivou. Programska Programska podrška za ovaj model SCADA sistema se svodi na podršku PC bus magistrali. To je u osnovi centralizovan sistem akvizicije i upravljanja.

Šta se podrazumeva kao najprostiji primer SCADA sitema?

Primer najprostijeg skada sistema slika

Kompleksniji primer SCADA sistema je mreža računarom podržanih radio vezom upravljanih terminala TU (Terminal Unit) koji komuniciraju sa računarskim centrom - distribuirani sistem upravljanja

Primer didtribuiranog sistema upravljanja’slika

I najkompleksniji primer SCADA sistema je mreža SCADA sistema koja funkcioniše po principu server server, server klijent. Ovaj primer u potpunosti odražava u poslednje vreme dominantan prilaz projektovanja velikih SCADA sistema geografski distribuiranih SCADA sistema, koji se jednim imenom nazivaju WASCAD sistemi (engl. Wide Area SCADA).

Veliki skada sistemi slika

Klasičan SCADA sistem orjentisan je ka upravljanju industrijskim procesima ili automatizaciji laboratorija i odlikuje se malom dislokacijom pojedinih SCADA elemenata, pouzdanijim izvršenjem komunikacionih aktivnosti, i mnogo većim stepenom automatizacije upravljačkih aktivnosti.

Složeniji SCADA sistem nazvan WASCAD eniji Aorjentisan je upravljanju geografski distribuiranih sistema kod kojih se zbog kompleksnosti procesa i komunikacionih grešaka najčeešćće izbegava automatsko vođenje procesa kako na lokalnom tako i na supervizorskom nivou. Poslednju odluku o promeni režima procesa daje čovek tako da je naglasak na kvalitetnom ovek nadzoru -superviziji procesa.

Tokom dvadesetog veka, sve više industrija, SCADA je najverovatnije logična posledica razvoja telemetrije iz prve polovine dvadesetog veka. Raketna i avio tehnologija nisu bile u stanju da priušte ljudstvo koje bi istraživalo planetarne podatke o vremenu. kao što su automatizovane fabrike, gasna, električna i vodena postrojenja, su počele da koriste telemetrijski sistem za nadzor procesa i udaljenih stanica. Dvosmerna radio komunikacija je postala uobičajena u ranim šezdesetim. Tada su izračunavanja u velikim računarskim stanicama postala paradigma. Terminali bez sopstvene inteligencije su koristili računarske stanice za izvršavanje proračuna i čuvanje podataka. Ovaj metod je prevazinen u ranim osamdesetim sa razvojem mikrokompjutera. Era mikrokompjutera je dozvolila da informacije i inteligencija budu korisnicima nadohvat ruke.

Istorijat SCADA sistema

Do kasnih osamdesetih, industrija je počela da prelazi u eru distribuiranih sistema. Ova era je okarakterizovana integracijom WAN-a (Wide Area Network) i LAN-a (Local Area Network).Sada programabilni jezički kontroleri imaju mogućnost prikupljanja podataka i upravljanja lokalnim stanicama. Tako su se počeli menjati i korisnici SCADA sistema. Od samog početka u šezdesetim, SCADA je shvaćena kao sistem čiji su glavni interes bili ulazi i izlazi sa udaljenih terminalnih jedinica (Remote Terminal Units - RTU). U ranim sedamdesetim je razvijen DCS (Distributed Control System).

Istorijat SCADA sistema

Sistemi instalirani u sedamdesetim i osamdesetim se danas obično zovu “Sistemi Dinosaurusi”. Bili su veliki, bili su skupi i vladali su planetom. Svi ovi sistemi su proizvoneni i instalirani od strane jedne kompanije koja je bila odgovorna za totalnu manipulaciju sistema. Te kompanije su imale svoju liniju opreme (dizajniranu i proizvedenu “in-house”) i softver. One su obično bile odgovorne za inženjering, konfiguraciju, komunikacijsku mrežu, instalaciju i komisiju.Današnji sistemi još zadržavaju zaveštanje od dinosaurusa. Pošteno je reći da je većina SCADA sistema u ovom trenutku u stanju tranzicije od ranijih sistema do mnogo otvorenijih sistema sa višestrukim dobavljačima i pružačima usluga. Većina sistema se sastoji od brojnih komponenti varirajućih funkcionalnosti i starosti.

Istorijat SCADA sistema

Pri realizaciji nadzorno-upravljačkih sistema primenom SCADA softvera pretpostavlja seda postoji postrojenje sa pratećom mernom opremom i izvršnim organima, da je data tehnološkašema i opis postrojenja, kao i elektro projekat na nivou postrojenja. Tada se SCADA softverprojektuje tako da omogući jednostavno specificiranje svih elemenata sistema, kao i jednostavnoprojektovanje operaterskog interfejsa i dispečerskih stanica.

SCADA podsistemi

Postoje sledeći podsitemi:1. podsistemi za definisanje veličina2. podsitem za alarme3. podsistem za prikaz trendova4. podsistemi za izveštaje5. grafički podsistemi6. komunikacioni podsistemi7. podsistem za prstup bazama podataka

SCADA podsistemi

1. Podsistem za definisanje veličina u kome se definišu veličine i njihove osobine kao što su gornja i donja granica vrednosti veličine, vreme očitavanja, itd. Ulazne veličine predstavljaju vrednosti izmerenih fizičkih veličina iz procesa, a izlazne veličine vrednosti koje se šalju ka upravljačkim uređajima. 2. Podsistem za alarme koji služi za definisanje i prikaz alarmnih stanja u sistemu. Alarmna stanja mogu predstavljati nedozvoljenu ili kritičnu vrednost veličine kao i nedozvoljenu akciju ili komandu operatera. 3. Podsistem za prikaz trendova u kome se prikazuju poslednje promene vrednosti veličina (trendovi u realnom vremenu) i istorijat promene vrednosti veličina u toku dužeg vremenskog perioda (histogrami).

SCADA podsistemi

4. U podsistemu za izveštaje se formiraju izveštaji o promenama vrednosti veličina, alarmima, akcijama operatera i ostalim aspektima rada postrojenja.5. Grafički podsistem prikazuje stanje postrojenja u obliku koji je najpregledniji za čoveka (operatera) kako bi on mogao pravovremeno odreagovati na promenu stanja sistema. Osnovna ideja je da se letimičnim pogledom na ekran uoče nepravilnosti u radu postrojenja, da bi se brzo reagovalo i sprečilo neželjeno ponašanje. 6. Komunikacioni podsistem omogućuje povezivanje SCADA sistema sa fizičkim urenajima koji vrše neposredan nadzor i upravljanje (PLC).7. Podsistem za pristup bazama podataka omogućuje trajno čuvanje i pregled podataka u relacionim bazama podataka.

SCADA podsistemi

Podsistemi SCADA sistema

Siemens nudi Scada sistem pod nazivom WinCC flexible. On može da se izvršava na različim urenajima kao što su standardni personalni računari, industrijski računari, touch paneli. Prvi korak u stvaranju projekta je odabir urenaja na kome će se kreirani HMI softver izvršavati. WinCC flexible nudi širok spektar operatorskih panela, koji se pomoću njega mogu programirati. Za potrebe izrade ovog projekta, kao radna operatorska stanica korišćen je PC računar. Napominje se da je za korišćenje PC računara kao radne stanice neophodno instalirati Advanced verziju paketa

Simens SCADA WinCC flexible

Izbor radne stanice

Radno okruženje WinCC flexible 2005

Podešavanje komunikacije sa PLC-om

Postavljanje nove Simatic 300 Stanice

Postavljanje odgovarajućeg PLC-a S7-300 na šinu

Editor tagova

Editor analognih alarma

Editor alarmnih klasa

Pravljenje istorije: data / alarm logs

Prvi ekran – osnovnoNa slici je prikazano kako je moguće na

najjednostavniji način vizuelizovati digitalni i analogni ulaz sa PLC-a, kao i zadati neke vrednosti digitalnom i analognom izlazu na PLC-u.

Drugi ekran - grafički prikazNa slici 14 je prikazano kako je moguće numeričke

vrednosti sa PLC-a (korištene i na slici 13) povezati sa grafičkim komponentama Scada sistema.

Treći ekran – primenaNa slici 15 je prikazano kako je moguće numeričke

vrednosti sa PLC-a (korištene i na slici 13) povezati sa složenim grafičkim komponentama Scada sistema.

Četvrti ekran – trendoviNa slici 16 je prikazano kako je moguće prikazivati promene varijabli sa PLC-a na vremenskom dijagramu.

Peti ekran – alarmiNa slici 17 su prikazani različiti alarmi, koji mogu biti

arhivirani, i/ili potvrneni, obrisani i od strane operatera.

Softverska organizacija PLC-a

PLC programs