Протоколы взаимодействия контроллера со SCADA - системой

Лабораторная работа №1

Тема: Знакомство со SCADA – системами

Цель работы: Изучить SCADA – системы

Теоретические положения

Центральное звено систем автоматизации - микропроцессорный контроллер - объединяет под этим названием ряд классов и типов универсальных микропроцессорных средств, которые удовлетворяют запросам разных категорий заказчиков.

По мощности, косвенно характеризуемой числом обслуживаемых входов/выходов, контроллеры подразделяются на следующие классы:

- класс самых малых контроллеров (десятки входов/выходов);

- класс малых контроллеров (сотни входов/выходов);

- класс больших контроллеров (тысячи входов/выходов).

По типу взаимодействия контроллеров со следующим уровнем, SCADA – системы, можно выделить следующие разновидности:

1. Закрытые системы распределенных систем управления (РСУ), характеризуется тем, что в состав каждого комплекса технических средств включается специально разработанное программное обеспечение, которое не может быть применено в микропроцессорных системах других фирм. Это программное обеспечение включает в себя средства для программирования контроллера, средства визуализации станций оператора и собственные протоколы взаимодействия системы управления с контроллером (рис.1).

Рисунок 1. Схема распределенной системы управления.

Для получения данных в SCADA – системе от контроллера, используются собственные протоколы фирм-производителей систем управления, которые реально обеспечивают скоростной обмен данными.

К этому типу взаимодействия можно отнести следующие распределенные системы управления: Centum CS3000 фирмы Yokogawa, DeltaV фирмы Emerson Process Management.

2. Открытые системы, сетевые комплексы на основе микропроцессорных контроллеров, характеризуется тем, что применяются открытые пакеты прикладных программ для операторских станций, предназначенных не для конкретной микропроцессорной системы, а приспособленные для применения в разных программно-технических и сетевых средах (рис.2).

Рисунок 2. Схема применения SCADA - систем

Свойство открытости состоит в том, что пакет прикладных программ:

- поддерживает совокупность интерфейсов и драйверов, позволяющих использовать пакет для широкого класса микропроцессорных контроллеров, систем и сетей передачи данных;

- содержит средства разработки новых интерфейсов и драйверов для микропроцессорных приборов и сетей;

- позволяет расширять функциональные возможности систем в соответствии с заданиями на конкретные проекты путем подключения программ пользователя.

Протоколы взаимодействия контроллера со SCADA - системой

Для подсоединения драйверов ввода/вывода SCADA - систем в настоящее время используются следующие механизмы:

- протокол DDE (Dynamic Data Exchange - динамический обмен данными);

- собственные протоколы фирм-производителей SCADA – систем;

- новый OPC – протокол (OLE for Process Control). OLE (Object Linking and Embedding – связь и внедрение объектов)

Изначально протокол DDE применялся в первых человеко-машинных интерфейсах в качестве механизма разделения данных между прикладными системами и устройствами типа PLC (программируемые логические контроллеры). Протокол DDE представляет собой коммуникационный протокол для обмена данными между различными Windows - приложениями. Этот протокол реализует взаимосвязи типа клиент - сервер между двумя одновременно исполняющимися программами.

Про токол DDE использует следующую модель передачи данных:

- Node Name (сетевое имя компьютера);

- Application Name (имя приложения);

- Topic Name (имя групп);

- Item Name (имя самой переменной).

Рисунок 1. Схема с выделенным сервером ввода/вывода

Рисунок 2. Схема без выделенного сервера ввода/вывода

Основная цель OPC стандарта (OLE for Process Control) заключается в определении механизма доступа к данным с любого устройства из приложений. OPC позволяет производителям оборудования поставлять программные компоненты, которые стандартным способом обеспечат клиентов данными с ПЛК (программно-логического комплекса).

Стандарт ОРС разрабатывался специально для использования в промышленной автоматизации, и он имеет проблемно-ориентированную модель взаимодействия, которая реализована через совокупность COM/DCOM - интерфейсов.

COM –модель многокомпонентных объектов;

DCOM (Distributed Component Object Model) – распределенная модель многокомпонентного объекта.

Стандарт состоит из трех основных спецификаций:

1) доступ к данным реального времени (Data Access);

2) обработка тревог и событий (Alarms & Events);

3) доступ к историческим данным (Historical Data Access).

Программное обеспечение ОРС-серверов, соответственно, тоже может быть три вида, хотя не возбраняется совмещать все эти функции в одном. ОРС-серверы физических устройств обычно являются только серверами данных (Data Access Servers). Серверы тревог и исторические чаще всего применяются на серверах данных. Сервер тревог формирует определенные логические переменные, называемые состояниями (conditions), имея в качестве исходной информации некую переменную (тэг), полученную от сервера данных. Серверы исторических данных получают от серверов данных параметры в реальном времени и архивируют их, а затем предоставляют эти данные другим приложениям (например, для построения графиков трендов).

Центральное место среди спецификаций ОРС занимает доступ к данным РВ (Data Access). Базовым понятием этой спецификации является элемент данных (Item). Каждый элемент данных (т. е. фактически - параметр технологического процесса) имеет значение, время последнего обновления (timestamp) и признак качества, определяющий степень достоверности значения.

К этому типу взаимодействия можно отнести следующие SCADA - системы: InTouch фирмы Wonderware, iFix фирмы Intellution, Genesis фирмы Iconics и др.