- Понятия SCADA систем
Лекция 5 Понятия SCADA систем
Понятие и основные функции SCADA систем.
SCADA система – система управления производственными технологическими линиями. SCADA система предназначена для организации процесса управления и сбора необходимых данных.
В качестве функции SCADA систем следует отметить отказ от действий профессионального программиста и создание программного интерфейса управления с помощью визуального программирования, шаблонов, и других средств SCADA систем. SCADA система работает в двух режимах:
1. Создание SCADA систем. Процесс протекает в виртуальном времени и предназначен для разработки SCADA систем.
2. Исполнение. Заключается в функционировании созданной в первом режиме SCADA системы. Процесс протекает в реальном времени.
SCADA система является как инструментальным ПО, так и средой для осуществления работы созданных систем управлении.
SCADA система состоит из объектов трёх уровней:
1. Уровень персональных компьютеров, на которых и установлено ПО SCADA системы;
Рекомендуемые материалы
2. Уровень интерфейса, предназначенный для обмена необходимой информацией;
3. Уровень ПЛК
Каждый из уровней представляет из себя множество объектов.
Структура SCADA систем и назначение основных блоков
Рассматриваем SCADA-систему на основании технологии Siemens. SCADA-система WinCC (Windows Control Center).
Программная часть SCADA-системы, состоящая из WinCC, и приложений Windows расположена на персональной ЭВМ, которая, с помощью специальной аппаратуры, подключается к одной из существующих полевых шин (Спец.аппаратура – плата расширения или внешний адаптер). Полевая шина предполагает подключение к ней группы ПЛК.
Программа –> Шина –> ПЛК.
WinCC состоит из следующих блоков:
1. Набор редакторов, предназначенных дл создания SCADA систем. Используется в виртуальном времени.
2. Менеджер данных, предназначенный для организации обмена информацией и работы, созданной в редакторе SCADA системы. Блок работает в реальном времени.
3. База данных, предназначенная для сохранения информации, полученной в процессе управления. БД используется как в реальном, так и в виртуальном времени.
Приложения Windows содержат в себе различные пакеты, такие как: excel, word, access, или разработанные пользователем.
Уровни подключения приложения windows опираются на использование следующих программных интерфейсов:
1. Интерфейс OLE. Данный интерфейс работает в блоках редакторов в виртуальном времени. Интерфейс используется человеком для организации взаимодействия набора редакторов с приложениями Windows для создания SCADA систем.
2. ODBC (SQL). Предназначен для организации интерфейса к базе данных.
3. DDI. Dynamic Data Exchange. Предназначен для обмена приложениями windows с менеджером данных в режиме реального времени.
Блок редактора обычно включает в себя следующие компоненты:
1. Графический редактор. Предназначен для создания мнемосхем управления, описывающих процесс управления, и предназначенных для организации работы оператора. Данный редактор представляет из себя аналог векторного графического редактора с возможностью обращения к системе программирования.
2. Редактор двигателей сценария, который описывает программные действия для обработки событий, происходящих в созданной мнемосхеме (например, нажатие кнопки). По умолчанию, в редакторе сценариев могут быть использованы шаблоны программ, т.е. работа программиста в SCADA системе минимизирована. Формально скрипты пишутся языке Borland C, однако, создатель SCADA системы может его и не знать.
3. Редактор особых ситуаций (редактор аварийных ситуаций) предназначен для описания действий, выполняемых в особых ситуациях: выход уровней сигналов из нормального диапазона, создание аварийных ситуаций, и т.п.
4. Редактор тэгов. Тэги – области памяти в ПЛК, предназначенные для передачи информации. Это поименованные области.
5. Редактор архивов. Предназначен для создания структуры, содержащей измеренную информацию. Архив не предполагает сокращения объёмов. Редактор многоязыковой поддержки.
Однопользовательский вариант использования SCADA систем.
Предполагает наличие одного или нескольких ПЛК и связанной с ним через полевую шину единственной SCADA системы. То есть, управление происходит с одного рабочего места, от одного оператора.
Рисунок 24 - Однопользовательский вариант использования WinCC.
Клиент-серверный вариант использования SCADA системы.
Предполагает наличие нескольких рабочих станций, служащих для организации действий нескольких разнородных операторов. Рабочие станции оснащены всеми необходимыми техническими средствами для организации связи с человеком-оператором. Клиент-сервер предполагает наличие сервера SCADA системы (или серверов), которые осуществляют основное управление группы ПЛК. В случае нескольких серверов они могут содержать в себе различные SCADA системы. С одной стороны сервер SCADA системы подключается через интерфейс к рабочим станциям (обычно Ethernet). С другой стороны, через полевую шину к ПЛК.
Рисунок 25 - Клиент-серверный вариант использования WinCC
Организация резервирования серверов WinCC
Сервера WinCC могут быть подвергнуты горячему резервированию. В этом случае, для каждого сервера может быть использован только 1 резервный сервер, который управляется точной копией SCADA системы основного сервера. SCADA системы являются синхронизированными между собой с помощью пересылки специальных пакетов синхронизации. В том случае, если один из серверов не получает такой пакет, то второй сервер объявляется отказавшим. Если отказал основной сервер, то функция по управлению ПЛК начинает исполнять резервный сервер.
Рисунок 26 – горячее резервирование.
ПЛИС
Место программатора в использовании современных микропроцессоров и микроконтроллеров.
Рисунок 27 - Место программатора при построении систем управления.
При программировании рассматриваются следующие функциональные блоки:
1. Персональный компьютер (ПК) предназначен для построения программируемой информации (программа или конфигурация ПЛИС) предназначена для исполнения инструментальных средств программирования.
2. Аппаратура программирования (программатор). Является промежуточным звеном для передачи информации с уровня персонального компьютера.
3. Запоминающее устройство (ЗУ). Предназначено для хранения программы или конфигурации проекта.
4. Объект управления, использующий информацию из запоминающего устройства.
Технология краевого сканирования корпорации JTAG.
Презентация по стандарту JTAG есть на сайте kardashdi.narod.ru
Стандарты корпорации JTAG под названием интерфейс краевого сканирования (в просторечье – стандарт JTAG) опирается на внедрении внутрь интегральных схем сдвиговых регистров. Информация на которые поступает в сходов и выходов интегральной схемы. Кроме этого, микросхемы комплектуются специальными контроллерами интерфейса краевого сканирования, которые ведут обмен через интерфейс TAP. Интегральные схемы, оснащены е контроллером JTAG в рамках печатной платы связываются в информационное кольцо по интерфейсу TAP. Т.е. все микросхемы могут быть подключены к единственному TAP. Интерфейс TAP в полном варианте содержит 5 полных линий. В настоящее время идёт разработка аналогового стандарта JTAG. Т.е. оперируем не только цифровыми, но и аналоговыми данными.
Функциональное назначение JTAG
1. Тестирование работы цифровых устройств и осуществление их контроля и диагностики.
В лекции "6. Особенности языка и стиля документов" также много полезной информации.
2. Наиболее часто используемая функция JTAG – программирование цифровых устройств
Основные понятия ПЛИС и ПАИС.
ПЛИС – программируемая логическая интегральная схема, состоящая из готовых функциональных блоков, созданных при разработке ПЛИС. При использовании ПЛИС, разработчики (пользователь) осуществляет программирование (не корректный термин, но используемый) интегральной схемы, или её конфигурацию из готовых функциональных блоков, входящих в её состав.
В случае логических интегральных схем, функциональные блоки в составе ПЛИС – цифровые. В случае аналоговых схем – аналоговые. Внутренняя структура ПЛИС и ПАИС принципиально отличаются друг от друга. Общее у них только то, они изготовлены в виде интегральной схемы и имеют интерфейс JTAG.
ПЛИС могут быть как перепрограммируемыми (внутренняя конфигурация которых может быть изменена пользователем) и полузаказные (внутренняя структура которых создаётся при изготовлении микросхем – пользователь может осуществить разработку конфигурации, которая в дальнейшем передаётся заводу-изготовителю интегральных схем, и на основании которых изготавливается неизменное устройство).
Следует отметить существующий в настоящее время отход от привычного схемотехнического плана построения устройств. Современные устройства конфигурируются преимущественно с использованием языков описания аппаратуры, чаще всего в виде создания поведенческих моделей.
