Использование SCADA-технологий в современных автоматизированных системах управления.
В ходе работ по автоматизации Тяньваньской АЭС, выполненных ИНЭУМом существенным являлся вопрос выбора SCADA системы. Применение этих систем предоставляет разработчику и пользователю множество преимуществ. Меньше усилий вкладывается в разработку мнемосхем, обеспечение их динамичности, на ведение архивов и отслеживание аварий. Это сильно упрощает рутинную работу, занимающую значительное время. Кроме того, при грамотно построенной структуре SCADA-системы, наработанные материалы легко переносятся из одного проекта в другой.
В процессе анализа рассматривались такие системы как Trace Mode, Genesis, InTouch и WinCC. По результатам проведенного анализа различных SCADA-систем, был сделан выбор в пользу SCADA система фирмы SIEMENS WinCC 5.0, а в последствии и версия 5.1. Одним из аргументов "за" WinCC было то, что разработчики данного продукта находятся в постоянном и тесном контакте с разработчиками фирмы Microsoft. Это дает надежду на быструю и устойчивую работу продукта в среде Windows. База данных, используемая в WinCC - Sybase, является одной из лучших СУБД, среди тех, которые могут быть интегрированы в среду Windows. Важно также, что WinCC является достаточно открытой системой, что позволяет разработчику превратить ее в весьма гибкий инструмент, а объемная и качественная документация немало этому способствует. WinСС обладает такими важными для АСУ функциями, как многомониторный режим (необходимое свойство для создания рабочих мест операторов и щитов управления), системой архивирования на долгосрочных носителях и, что особенно важно, резервирование. Резервирование - необходимость для систем, к которым предъявляются особые требования к безопасности, живучести и надежности. Резервируются все архивы значений процесса, резервируются все аварийные сообщения (причем часть из них находится в постоянном, быстродействующем резерве, что позволяет строить на этом и функцию online-синхронизации), а также реализовано автоматическое переключение клиентских приложений на "живой" сервер в случае выхода из строя основного. В видеокадры WinCC легко интегрируются ActiveX компоненты. Кроме того, выбор был обусловлен желанием заказчика иметь систему схожую по управлению с ОМ-690 (Siemens), чтобы одни и те же операторы могли легко переходить от одной системы к другой.
Направление, связанное с использоанием SCADA WinCC активно развивается в ИНЭУМ. Выполнен ряд доработок, в основном касающихся модулей сопряжения самой системы с контроллерами, т.е. с нижним уровнем, и с другими источниками данных. По мере увеличения количества таких модулей возникла необходимость привести их к одному стандарту и как-то структурировать. Для этого можно было воспользоваться технологией OPC, которая реализована в WinCC. Однако, аппарат OPC достаточно громоздок и сложен. В целях упрощения операции обмена данными между станцией оператора и контроллерами была создана служба поставщика данных для WinCC.
Эта служба обеспечивает двухсторонний обмен данными между WinCC и нижним уровнем. Выполнена она в виде "сервиса" Windows и работает в фоновом режиме. Она обладает следующими преимществами:
- драйверы устройств выполняются в виде отдельных, динамически подключаемых библиотек (имеющих, определенный набор вызовов), которые могут быть подключены к системе без остановки службы и без перезагрузок;
- служба может являться поставщиком данных для других таких же служб, находящихся в общей сети, что позволяет имея одно физическое подключение к контроллеру получать с него информацию на несколько серверов практически одновременно;
- данные могут быть подвергнуты первичной простейшей обработке непосредственно внутри службы еще до того, как они попадут в SCADA-систему, что сильно ускорит процесс в одних случаях и снимает лишнюю нагрузку на SCADА-систему в других случаях);
- обеспечена легкая настройка службы через базу данных. Это позволяет быстро сконфигурировать систему для работы с новым объектом, что сильно экономит время разработки;
- связь службы со стандартными журналами сообщений Windows позволяет администраторам вовремя отслеживать неполадки в системе, а мощная система ведения локального журнала дает полную информацию как о неполадках, так и о внешних проникновениях и нарушениях;
- наличие терминального модуля службы позволяет вести перенастройку системы динамически с любого компьютера сети через стандартную программу Тelnet;
- служба содержит в себе небольшую локальную базу данных обрабатываемых сигналов , что позволяет идентифицировать вышедшее из строя оборудование (если это предусмотрено в контроллере) и предоставить данную информацию в стандартном виде SCADA-системе. Схема построения АСКУ представлена на рис. 1.
Данная служба является универсальным инструментом, шлюзом, для предоставления данных системе WinCC. Все оборудование нижнего уровня может быть подключено к ней, и данные будут предоставляться в систему в одном, принятом за основу, формате. Такой подход позволяет еще больше ускорить создание новых систем управления, т.к. построение структуры данных - один из ключевых вопросов в начале работы над новым проектом. Этот же вариант предлагает уже разработанный подход и его реализация оказывается гораздо менее трудоемкой.
Технология использования описанного выше сервиса была применена на нескольких объектах. Среди них Тяньваньская АЭС (Китай) (рис. 2), где с помощью данной службы была обеспечена связь между SCADA-системой WinCC и системой OM-690, которая является базовым решением фирмы Siemens в атомной энергетике. И при всей сложности пути, который проходит сигнал от источника и до монитора на пульте оператора (при данной конфигурации), достигалось время реакции около 1 - 3 с.
Другим, более высокоскоростным применением такой структуры, была автоматизация установки по производству водорода (рис. 3). Учитывая высокую взрывоопасность получаемого вещества, а так же особенности проведения химической реакции (наличие реактора высокого давления), необходимо было обеспечить высокое быстродействие системы, что и было достигнуто. Время реакции данной системы было 300 - 500 мс на верхнем уровне и менее 30 мс на нижнем уровне (непосредственно в контроллере). В данном проекте применялись промышленные контроллеры семейства СМ1820М-КП производства ОАО "ИНЭУМ".
Еще одно, достаточно важное преимущество открытой SCADA системы является то, что пользователь может самостоятельно производить настройки некоторых компонентов проекта делая систему более удобной для себя. Такой обработке легко поддаются мнемосхемы (что очень важно, т.к. проектные версии объекта часто сильно отличаются от реально реализованных), формы отчетов и параметры их вывода на печать.
Разработка описанного выше сервиса сильно облегчила работу по сопряжению различных устройств нижнего уровня (в частности контроллеров семейства СМ1820М) со SCADA системой WinCC и предоставила больше возможностей для конфигурирования сложных, многоуровневых распределенных систем управления.
Использование SCADA-технологий в современных автоматизированных системах управления.Использование SCADA-технологий в современных автоматизированных системах управления.