SCADA a HMI systémy

Osnova přednášky
n
Informační a řídicí systémy I.
n
SCADA a HMI systémy
n
n
Přehled základních pojmů
Architektura systémů SCADA
Stručný přehled softwarových balíků
Základy architektury některých balíků
n
Pavel Balda
ZČU v Plzni, FAV, KKY
n
n
Wonderware InTouch
Indusoft Webstudio
Iconics Genesis32
2
Základní pojmy
n
SCADA – Supervisory Control And Data Acquisition
n
n
n
n
n
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)
n
n
n
Základy architektury systémů SCADA
n
n
n
n
n
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)
n
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
n
n
3
n
n
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):
n
DCS – Distributed Control Systém (distribuovaný řídicí systém)
n
Systém SCADA se skládá z komponent:
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
4
1
HW architektura systému SCADA
n
Jednotky RTU – Hardware
Příklad jednoduché architektury SCADA systému
n
n
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)
Jednotka RTU je obvykle „malý“ počítač (v průmyslovém provedení)
n
n
n
Central SCADA
master system
Zprostředkovává centrálnímu počítači komunikaci s čidly a akčními členy (field
instruments)
Je samostatnou jednotkou pro získávání dat
Radio
a řízení (Data Acquisition and Control)
Dva přístupy: jednodeskový (single board) a modulární Modem
Centrální sběrnice
n
n
n
n
n
n
n
n
Vzorkování vstupů, zpracovávání a ukládání dat, odpovídání na příkazy Masteru
pomocí komunikace
n
n
Jednoduché nastavování parametrů, povolování a zakazování některých
vstupů/výstupů, nebo dokonce prostředí pro tvorbu uživatelských aplikací
n
n
Umožňuje download uživatelských programů a/nebo konfiguračních souborů
n
7
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
n
Diagnostika
Souborový systém (jen někdy)
n
6
PLC – Programmable Logic Controller (programovatelný
automat)
n
Konfigurace aplikací v RTU
n
n
n
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
n
Sériové porty (RS232, RS485)
PLC vs. RTU
Operační systém reálného času
n
Modul DO
Jednotky RTU – Software
Ethernet
Modul DI
5
Modul AO
Diagnostický
terminál
…
Modul AI
Čidla a akční členy
Komunikační
modul(y)
…
Watchdog,
reálný čas
…
Paměť ROM
230V
...
CPU
RTUn
RTU2
Zdroj
RTU1
Paměť RAM
Komunikační síť
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
8
2
Otevřené vs. „uzavřené“ systémy SCADA
n
Otevřený systém
n
n
n
n
n
Systém, v němž hlavní komponenty splňují určité standardy
Tyto komponenty mohou být nahrazeny jinými komponentami (i jiných
výrobců), pokud splňují tytéž standardy
Uživatel má možnost volby (není odkázán na jednoho výrobce)
Obecný systém má složitější konfiguraci – musí se přizpůsobit konkrétní aplikaci
„Uzavřený“ (Proprietary) systém
n
n
n
n
Př.: SW architektury centrálního systému
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
n
Př. Průmyslový Ethernet, protokoly TCP/IP, OPC, SQL, ale i Fieldbus, Modbus,
Profibus, atd.
ASCII
ASCII
File
File
Editor
Editor
ASCII
ASCII
Files
Files
CommerCommercial
cial DB
DB
CommerCommercial
cial
Developt.
Developt.
Tools
Tools
Přehled SW balíků HMI/SCADA
n
n
n
n
n
n
n
SCADA
Developt.
Environ.
Export
Export //
Import
Import
Project
Project
Editor
Editor
Driver
Driver
Toolkit
Toolkit
SCADA Client
Alarm
Alarm
Display
Display
ActiveX
ActiveX
Controls
Controls
Log
Log
Display
Display
3rd
3rd Party
Party
Applic.
Applic.
ActiveX
ActiveX Container
Container
Client / Server Publish / Subscribe - TCP/IP
Recipe
Recipe
DB
DB
Recipe
Recipe
Managt.
Managt.
Ref.
Ref.
DB
DB
SCADA Server
RT
RT &
& Event
Event Manager
Manager
Data
Data
ProcesProcessing
sing
RT
RT
DB
DB
Report
Report
Gener.
Gener.
Alarm
Alarm
Log
Log
Archive
Archive
SQL
SQL
Alarm
Alarm DB
DB
Log
Log DB
DB
Archive
Archive DB
DB
ODBC
ODBC
DDE
DDE
Data
Data R/W
R/W
Driver
Driver
PLC
API
API // DLL
DLL
OPC
OPC
PLC
Private
Private Application
Application
Reg.
Excel
Excel
10
Jako jeden z prvních systémů měl nativní podporu OPC (OPC-to-the-Core)
Podpora SNMP a technologie data-mining (z různých databází)
n
n
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
Pokrývá všechny řady automatů Siemens, komunikace Profibus DP/FMS, DDE, OPC.
Rockwell Automation – RSView32
n
n
n
Siemens – WinCC
n
n
n
Výhodou je přenositelnost na různé platformy, včetně Windows CE
Iconics, Inc. – Genesis32 (pobočka v Plzni)
n
n
n
Tradiční výrobce HMI/SCADA, dosud velký podíl na trhu
Spolupracuje s aplikací IndustrialSQL server (též od WW)
Indusoft: Web Studio (zastoupení Tecon s.r.o.)
n
Library
Library
TrendTrending
ing
Tuzemské balíky SCADA/HMI
Wonderware – InTouch (zastoupení Pantek s.r.o)
n
HMI
HMI
VME
9
n
Graphics
Graphics
Editor
Editor
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 …
11
12
3
Stručný úvod do systému InTouch
n
InTouch – tradiční SCADA/HMI produkt firmy Wonderware
n
Původně komunikoval s ovladači (I/O servers) přes protokol DDE firmy
Microsoft
n
n
n
n
n
Připojitelnost zařízení do systémů Wonderware
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
n
n
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
13
14
InTouch – Application Manager
n
InTouch – Window Maker
Organizace projektů vyvíjených v systému InTouch
n
n
n
n
Umožňuje vytvářet nové aplikace, nastavovat jejich vlastnosti
Spouští programy Window Maker (1) a WindowViewer (2)
Umí importovat (3) a exportovat (4) databázi proměnných
Slouží pro konfiguraci jednotlivých součástí aplikací
n
n
n
n
1 2 3 4
n
15
Snímků, trendů, alarmů
Databáze proměnných
(Tagname Dictionary)
Konfiguraci jednotlivých
programů
Vytváření šablon
Atd.
16
4
InTouch – Window Viewer
n
Tagname Dictionary
Běh zkonfigurované aplikace v reálném čase
n
Definice proměnných
n
n
n
n
n
Volba typu
Zařazení do alarmové
skupiny
Přípustné rozsahy
Přístupové jméno (Access
Name) u I/O proměnných
Apod.
17
18
Kreslicí objekty
n
n
n
n
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
n
Nakreslené objekty lze sdružovat do
symbolů a buněk:
n
n
19
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.
20
5
Předem připravené objekty
n
n
Připojení veličin z OPC serverů
Předem připravené (předkonfigurované) objekty lze nalézt v okně Wizard
Selection:
Patří sem i ActiveX
komponenty
n
n
n
Pro připojení dat z OPC serverů slouží utilita FS Gateway
n
Konfiguruje se v ArchestrA System Management Console
Jejich metody lze volat
ve skriptech
Ve skriptech je možné
obsluhovat i události
21
22
Přidání OPC serveru
n
V Configuration v menu na pravé tlačítko myši se zvolí Add OPC
Object a pak se vyplní připojení k OPC serveru
23
6