Sistemas de aquisição de dados e controle operacional (sistemas SCADA)

O termo Sistema de Controle de Supervisão e Aquisição de Dados ou sistema SCADA apareceu no final dos anos 80. Século XX. simultaneamente com as primeiras tentativas de usar computadores pessoais com aplicativos gráficos instalados como consoles do operador.

Os primeiros sistemas SCADA foram desenvolvidos para sistemas operacionais DOS ou Unix e tinham capacidades bastante modestas, tanto devido às limitações de hardware do hardware quanto às capacidades gráficas dos sistemas operacionais. Os sistemas SCADA se difundiram simultaneamente com o surgimento de interfaces gráficas, como Windows 3.11, X-Windows, Phantom e hardware que permitem atingir a velocidade necessária de execução de processos em modos multitarefa.

A razão para o surgimento de sistemas SCADA como ferramentas de desenvolvimento de software de alto nível é semelhante às razões para o surgimento de sistemas como Borland Delphi e outros sistemas de programação visual.Sua principal tarefa é aliviar os desenvolvedores de software da rotina e do fardo inútil de descrever interfaces e funções padrão. Ao mesmo tempo, deve-se entender que a utilização de sistemas SCADA não implica na redução dos requisitos de qualificação do desenvolvedor, como tentam imaginar.

Distinguir os sistemas MMI (Interface Homem-Máquina) e SCADA, pois ambos se desenvolveram com sucesso de forma independente um do outro, ocupando diferentes nichos no mercado de dispositivos IHM (Interface Homem-Máquina).

Os sistemas MMI são, na verdade, painéis de controle locais para dispositivos individuais ou instalações tecnológicas, equipados com telas e teclados alfanuméricos ou gráficos, geralmente telas sensíveis ao toque.

Na maioria dos casos, o dispositivo MMI é implementado usando um controlador especial e sua parte de software não implica modificações ou alterações adicionais.

Ao mesmo tempo, os sistemas SCADA incluem o uso de computadores pessoais e sistemas operacionais padrão, são usados ​​para automatizar o processo de gerenciamento de grandes processos tecnológicos, nos quais estão envolvidos um grande número de dispositivos executivos e unidades tecnológicas, e também suportam a possibilidade de implementando aplicativos distribuídos (usando vários consoles de operador) …

É impossível traçar uma linha clara entre os sistemas MMI e SCADA devido à existência de sistemas de programação end-to-end nos quais muitas vezes não há distinção entre ferramentas de desenvolvimento de software para diferentes níveis do sistema de controle.

A falta de um padrão único que descreva a finalidade e a composição funcional dos sistemas SCADA e a diferença de interpretações do próprio termo "SCADA" complicam a classificação e comparação dos sistemas desta classe.

Os seguintes grupos principais de sistemas SCADA podem ser distinguidos:

• Sistemas SCADA desenvolvidos por fabricantes de controladores;

• Sistemas SCADA desenvolvidos por fabricantes independentes;

• Os sistemas SCADA são componentes de sistemas de programação de ponta a ponta.

A tarefa do fabricante do equipamento de controle ao desenvolver seu próprio sistema SCADA é fornecer ao usuário final uma ferramenta para desenvolver aplicações de visualização usando os controladores daquele fabricante.

As seguintes características principais de tais sistemas podem ser distinguidas:

• a interface destes sistemas repete a interface de meios de escrita de software para o equipamento controlador;

• Os componentes do sistema SCADA são otimizados para trabalhar com dados recebidos de equipamentos de controle de um fabricante específico;

• As interfaces para troca de dados com equipamentos de outros fabricantes são mal implementadas ou de difícil utilização.

Um exemplo clássico de tal sistema é Siemens WinCC… O uso de tais sistemas proprietários, por um lado, minimiza o custo de treinamento de especialistas em desenvolvimento de software, mas, por outro lado, vincula estritamente tanto o desenvolvedor quanto o usuário final do sistema a um fabricante específico ou mesmo a um linha de equipamentos de um fabricante.

Além disso, vários fabricantes de equipamentos de controle foram forçados a desenvolver seus próprios sistemas SCADA para fins de marketing, sem fornecer a seus produtos de software o nível necessário de suporte e manutenção.

Os sistemas SCADA de terceiros são as ferramentas mais flexíveis para a criação de visualização de processos e aplicações de controle. Suas vantagens incluem o suporte de um grande número de funções para a criação de sistemas de controle descentralizados e distribuídos, bem como a capacidade de integrar equipamentos de diferentes fabricantes, incluindo concorrentes, em um sistema.

Para trocar dados com equipamentos executivos, tais sistemas utilizam servidores de E/S de software que implementam interfaces DDE ou OPC. A disseminação desses sistemas SCADA, bem como a necessidade de atender aos padrões das ferramentas de automação, levou ao fato de que todos os desenvolvedores de equipamentos controladores têm seus próprios Servidores de software OPC ou DDE, que são entregues completos com equipamentos ou sob encomenda.

Uma vez que o sistema de programação de ponta a ponta inclui o desenvolvimento das estações do operador como parte integrante do sistema de controle, ele sempre contém componentes separados do sistema SCADA. No entanto, como todo o sistema funciona como um todo, esses componentes também podem ser componentes de outros módulos do sistema de programação de ponta a ponta, ou pode ser impossível separar o sistema SCADA em sua forma pura em um produto de software.

Tais sistemas apresentam as mesmas vantagens e desvantagens dos sistemas SCADA desenvolvidos pelos fabricantes de controladores, levando em consideração duas diferenças principais:

• Os sistemas SCADA, que são parte integrante dos sistemas de programação end-to-end, praticamente não possuem interoperabilidade com software e hardware de outros fabricantes;

• o papel do sistema SCADA em tais aplicações é limitado ao desenvolvimento de uma interface gráfica.

Composição e estrutura de sistemas SCADA

Composição e estrutura de sistemas SCADA

Normalmente, os sistemas SCADA consistem em dois conjuntos separados de produtos de software: um ambiente de desenvolvimento e um ambiente de execução.

Ambiente de desenvolvimento é chamado o conjunto com o qual o ambiente para visualização do processo tecnológico é projetado e configurado.

Ambiente durante o trabalho — trata-se de um conjunto de produtos de software necessários para o trabalho no projeto do programa de visualização do processo tecnológico na estação do operador.

Separadamente, deve-se considerar a questão da interação entre o ambiente de desenvolvimento e o ambiente de execução durante o trabalho com o mesmo projeto do desenvolvedor e do operador:

1. As alterações feitas pelo desenvolvedor entram em vigor imediatamente.

2. O tempo de execução reflete as alterações feitas conforme encontradas no código-fonte do projeto.

3. As alterações são refletidas no tempo de execução na reinicialização ou força.

A implementação do primeiro tipo de interação permite demonstrar as capacidades do produto de forma bastante clara e eficaz em apresentações comerciais e, portanto, às vezes é implementada nos produtos de software finais. No entanto, ao trabalhar com projetos reais, existe o perigo potencial de perder parte da interface gráfica ou o movimento dinâmico dos controles. Nesse sentido, o segundo e terceiro tipos de interação ou sua combinação são os mais difundidos.

As seguintes partes principais do sistema SCADA podem ser distinguidas:

• base da etiqueta;

• módulo de exibição de gráficos;

• processador de scripts;

• sistema de alarme e alerta;

• módulo para arquivamento de parâmetros tecnológicos do processo.

Etiqueta do Sistema SCADA É um objeto para armazenar o valor de um parâmetro de processo tecnológico e suas propriedades. Às vezes, os rótulos são chamados incorretamente de "variáveis". Ao mesmo tempo, o conceito de rótulo está mais próximo da definição de uma classe em linguagens de programação orientadas a objetos.

O módulo de exibição gráfica implementa a interface gráfica do projeto. Em regra, uma interface gráfica é um conjunto de formulários de tela com elementos gráficos colocados sobre eles. A tarefa de criar uma tela é reduzida a colocar elementos gráficos em formas de tela e definir suas propriedades.

No processo de chamada, exibição e fechamento de formulários de tela, ao clicar em objetos gráficos, alterar propriedades ou valores de tags individuais, é necessário realizar cálculos ou ações para os quais existem mecanismo de script… Os scripts também são chamados de “macros” ou “scripts” em alguns sistemas.

A maioria dos scripts do sistema SCADA que implementam a interface gráfica das estações de trabalho do operador automatizado são manipuladores de cliques do mouse em elementos gráficos.

Para scripts, sistemas SCADA de diferentes fabricantes oferecem um ou mais idiomas. Os sistemas desenvolvidos por fabricantes de controladores ou como parte de sistemas de programação de ponta a ponta geralmente oferecem as mesmas linguagens de programação para script e escrita software controlador… Os sistemas SCADA de terceiros geralmente oferecem linguagens de script de macro especializadas.

O uso de linguagens de programação de uso geral permite implementar interfaces de usuário complexas e métodos não padrão de trabalhar com dados acessando bibliotecas e APIs adicionais.

Ao mesmo tempo, o desenvolvedor deve, em qualquer caso, estudar bibliotecas de funções para trabalhar com componentes do sistema SCADA, da mesma forma que as linguagens de macro são estudadas, e o código implementado pode ser potencialmente perigoso ou herdar erros de função de terceiros bibliotecas .

Sistema de alarme destina-se a notificar o operador do valor do parâmetro de processo fora dos limites permitidos. Como regra, para cada parâmetro tecnológico, podem ser definidos 2 tipos de configurações de acordo com as quais a notificação aparecerá: respectivamente, configurações de emergência e de alerta.

Dependendo das capacidades do sistema, essas configurações são definidas de acordo com um ou mais critérios:

• Fora de alcance. Neste caso existem: valores de alerta superior e inferior e valores de alarme superior e inferior.

• Um desvio do valor nominal de algum valor. Distribua os desvios mínimos e máximos permitidos do valor definido.

• Definir a taxa máxima permitida de alteração do valor do parâmetro do processo. Os valores das configurações de faixa permitidas são especificados em unidades absolutas, e o desvio nominal e a taxa de alteração podem ser especificados em unidades absolutas e como uma porcentagem do valor atual ou do ponto de ajuste.

Devido ao fato de que para um processo tecnológico o número de parâmetros para os quais os setpoints de emergência e alerta são definidos pode ser grande, nos sistemas SCADA é possível combinar os parâmetros controlados tecnologicamente em grupos, bem como definir o nível de prioridade para qualquer ponto de ajuste.

A tarefa principal módulo de backup — fornecer a capacidade de exibir gráficos de parâmetros tecnológicos (Tendências) na tela do monitor por um período relativamente curto, além de criar relatórios simples. O módulo para arquivar os valores do sistema SCADA deve fornecer as seguintes funções:

• arquivar valores em um banco de dados local com uma certa frequência ou alteração;

• ao arquivar valores após alteração - possibilidade de definir zona morta para arquivamento;

• definir um limite de tamanho de banco de dados local;

• definir o tempo para armazenar valores;

• executar manutenções de rotina para remover valores desatualizados ou mais antigos quando o tempo de armazenamento ou o tamanho do banco de dados for excedido no modo automático;

• disponibilidade de uma interface para construir gráficos de valores de arquivo e visualizá-los;

• disponibilidade de um sistema para exportar valores de parâmetros para o período especificado na forma de uma tabela de valores.