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
