Статья опубликована в рамках: Научного журнала «Студенческий» № 21(107)
Рубрика журнала: Информационные технологии
Скачать книгу(-и): скачать журнал часть 1, скачать журнал часть 2, скачать журнал часть 3, скачать журнал часть 4
АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ
ANALYSIS OF EXISTING AUTOMATED PROCESS CONTROL SYSTEMS
Artem Dementyev
student, Department of computer systems in management and design, Tomsk State University of Control Systems and Radioelectronics,
Russia, Tomsk
АННОТАЦИЯ
В работе приведен обзор современных средств автоматизации управления ТП на площадках предприятий – АСУ ТП. Представлено описание, приведены преимущества и области использовании. Дана некоторая характеристика: поддерживаемые ОС, механизмы обмена, драйвера, масштабируемость, базы данных.
ABSTRACT
The paper provides an overview of modern automation tools for TP management at the sites of enterprises-automated control systems. It provides a description, advantages, and areas of use. Some characteristics are given: supported OS, exchange mechanisms, drivers, scalability, databases.
Ключевые слова: автоматизированная система управления технологическим процессом, АСУ ТП, автоматизация, управление, технологический процесс, SCADA, база данных, обзор, оптимизация.
Keywords: automated process control system, automated process control system, automation, management, technological process, SCADA, database, overview, optimization.
Управление любым технологическим процессом неразрывно связано с применением компьютерного управления процессами (автоматизированная система управления технологическим процессом, АСУ ТП [4]). Под процессом понимаем пошаговую смену действий. На рисунке 1 [1] представлена типическая схема технологического процесса (ТП).
|
Рисунок 1а |
Рисунок 1б |
|
Рисунок 1. Обобщенная модель технического процесса: а – до применения компьютера; б – с применением компьютера |
|
Разница, представленная на рисунках 1а и 1б, заключается в обработке информации. На рисунке 1б эту функцию выполняют компьютерные и микропроцессорные системы [1]: контролируют значение параметров ТП и отображают необходимые решения для поддержания этих параметров в заданных пределах вне зависимости от возмущений внешней среды.
Основные функции АСУ ТП [1] представлены на рисунке 2. К ним можно отнести: мониторинг, автоматизацию и управление. Оператор осуществляет взаимодействие между принятой информацией и удаленным управлением. Связь входных и выходных данных осуществляется через автоматизацию. Автоматизация выступает дополнением к работе оператора. То есть, АСУ процессов – это интегрирование ТП с сохранением независимости функционирования ее дифференцированных подсистем [5] для их работоспособности при отказах на отдельных уровнях иерархии АСУ ТП.
Рисунок 2. Основные функции АСУ ТП.
АСУ ТП получили широкое применение в различных сферах деятельности человека [2,3]. В данной работе приводится обзор современных АСУ ТП.
Согласно авторам [5], проведем обзор современных АСУ ТП (таблица 1).
Таблица 1.
Обзор современных АСУ ТП
|
Название |
Описание |
Достоинства |
Применение |
Производитель |
|
CitectSCADA – мониторинг, управление и сбор данных [6]. |
Функции: визуализация ТП, alarm-управление, работа с трендами: реальный режим и архивные данные, подготовка отчетов, контроль ТП. |
Возможность масштабируемости, управление нетрадиционными ТП, комплексность режима реального времени ТП, кибербезопасность. |
Металлургия, автомобильная, аэрокосмическая, оборонная, пищевая промышленности и инфраструктура. |
Schneider Electric, Австалия |
|
Cimplicity HMI – визуализации и уравление [7]. |
Функции: визуализация операций, контроль, передача информации приложениям. |
Доступность архитектуры другим системам, распределение задач по важности приоритетов, наличие различных драйверов, масштабируемость, архивные данные. |
Металлургия, энергетика (в том числе нефтяная и газовая промышленности). |
General Electric, США |
|
Master SCADA [8] – проектирование диспетчерского управления и сбор данных. |
Свойства: модульность, масштабируемость, объектный подход к разработке. Функции: сбор, архивирование, отображение данных, управление ТП. |
Единая среда разработки, разделение структур, открытость и следование стандартам, гибкость вычислительных возможностей. |
Атомная, нефтяная, химическая, пищевая промышленности, машиностроение и металлургия. |
InSAT, Россия |
|
Trace Mode –управление ТП и бизнес-процессов (АСУП) [9]. |
Инструментальная среда: система программирования контроллеров (Softlogic), система разработки распределенной АСУ ТП (SCADA/HMI), создание бизнес-процессов, связанных с АСУ ТП (MES-EAM-HRM). |
Интеграция со сторонними ПО, интеграция SCADA и Softlogic, редакторы бизнес-процессов и АСУ ТП, различные драйвера, распределенная АСУ, различные языки программирования, генератор отчетов, «горячее» резервирование. |
Нефтяная, газовая, атомная промышленности, энергетика, транспорт. |
AdAstra Research Group, ltd, Россия |
|
iFix – интегрированное HMI/ SCADA-решение [10]. |
Решение для систем Windows на основе стандартов OPC и COM/DCOM-технологии. |
Архитектура «клиент-сервер», объекты VisiconX, контейнер ActiveX, разделение журналов регистрации по уровню значимости, интерфейсы API, обработка отказов. |
Металлургия, энергетика (в том числе, нефтяная и газовая промышленности). |
General Electric, США |
|
Wonderware InTouch – графический интерфейс (HMI) для систем автоматизации ТП [11]. |
Назначение: создание операторских интерфейсов под Windows. Компоненты: среда разработки и среда исполнения, сервер ввода/вывода. Функции: сбор сигналов, контроль за состоянием параметров, управление ТП, контроль деятельности оператора. |
Простота использования и открытость, стандартные протоколы обмена данными, высокая скорость опроса входных данных, архитектура «клиент-сервер», интеграция с пакетами Wonderware, обмен данными с пакетами Windows, контроль качества входных сигналов. |
Энергетика (в том числе, нефтяная и газовая промышленности). |
Wonderware, США |
|
Simatic WinCC – мониторинг, управление и сбор данных, поддерживающая операционные системы Windows [12]. |
Функции: управление и наблюдение за ТП, резервированный сервер, интегрированные решения на основе Web-технологий. |
Визуализация ТП, связь с контроллерами, скрипты на языках ANSI C, VBS и VBA, система отчетности, взаимодействие с другими приложениями, стандартные интерфейсы OLE и ODBC, резервирование, элементы ActiveX, OPC-интерфейс. |
Автомобиле-и машиностроение, энергоснабжение, металлургия, химическая, фармацевтическая и пищевая промышленности. |
Siemens, Германия |
|
SCADA-система IGSS – диспетчерское управление, сбор данных [13]. |
Функции: визуализация, регистрация и обработка тревог, анализ, управление, коммуникационные драйверы, база данных, многопользовательский доступ, web-портал, отображение мнемосхем, резервирование серверов. |
Поддержка разнообразных стандартов и интерфейсов, широкий ряд драйверов, интернет-портал Web Portal IGSS – управление ТП, модуль WinPager – передача SMS, модуль профилактического технического обслуживания (ТО). |
Нефтяная, горнодобывающая промышленности, телекоммуникация, водоснабжение, управление дорожным движением. |
Seven Technologies. Дания |
|
SCADA КРУГ-2000 – разработка АСУ ТП [14]. |
Функции: быстрая и надежная работа, высокая производительность базы данных. |
Автоматический перезапуск, «горячее» резервирование, кластерная архитектура, поддержка стандарта IEC 61131, промышленные шины: Modbus, СAN, DeviceNet, CanOpen, IBM PC-совместимых контроллеров. |
Нефтепереработка, машиностроение, энергетика, газовая и химическая промышленности. |
НПФ «Круг», Россия |
|
SCADA GENESIS64 [16] – ПО для АСУ ТП и АСУП. |
Компоненты: AlarmWorX64, EarthWorX. GraphWorX64, Hyper Historian, TrendWorX64, Workbench64, AssetWorX, ReportWorX, GridWorX, FDDWorX, Web HMI. |
Визуализация, масштабируемость, ОРС DA, -UA, HDA стандарты, запуск крупномасштабных приложений, система документирования, данные из MS SQL Server, MSDE, Access, Oracle, SAP |
Производство электроэнергии, добыча и транспорт жидкостей, аэрокосмическая и оборонная промышленности. |
ICONICS, США |
|
SCADA S3 – мониторинг, управление и сбор данных [15]. |
Функции: поддерживает Windows, Linux, Solaris, интегрированная среда разработки, групповые операции и автоконфигурирование, встроенные языки IEC 61131, Web HMI, OPC-сер- вер, интегрируется со SCADA-системами. |
Сверхнадежная операционная система РВ QNX, протоколирование действий оператора и управляющих воздействий системы, гибкость и масштабируемость, самоконфигурирующийся OPC- Сервер. |
Энергетика, транспорт, химическая, пищевая и атомная промышленности. |
RTS-Ukraine, Украина |
Таким образом, на основании таблицы 1, все представленные современные АСУ ТП выполняют функции автоматизации в области разработки СУ (систем управления), сбора, обработки, передачи и хранении информации. Концепции: HMI, наглядность, точность и полнота выводимых данных, элементы управления. Структурные компоненты: объект управления, удаленный терминал (управление в реальном времени), коммуникационная система, главный терминал (диспетчерский пункт), АРМ оператора. Теперь рассмотрим основные характеристики рассмотренных АСУ ТП (таблица 2).
Таблица 2.
Основные характеристики АСУ ТП
|
Название |
Поддерживаемые ОС |
Механизмы обмена |
Драйвера |
Масштабируемость |
Базы данных |
|
CitectSCADA |
Windows 9x, NT, 2000, XP, 2003, Vista, 7 |
OPC DA, OPC HDA, OPC AE, DDE |
ABB, Allen-Bradley, GE, Hewlett Packard, Motorola, Mitsubishi, Rockwell Automation, Siemens. |
сотни тысяч сигналов |
MS SQL, ODBC |
|
Cimplicity HMI |
Windows 2000, XP |
OLE, COM, DCOM, OPC, DNA, ActiveX |
Allen-Bradley, OMRON, Siemens, Honeywell, Mitsubishi, Sharp, GE Fanuc |
неограниченно |
MS Access, MS SQL, Oracle, ODBC |
|
Master SCADA |
Windows 2000, XP, Vista |
OPC, OLE, DCOM, ActiveX, OLE DB |
Adam, MFC, TCM52, Teconic, TCM410, Wincon |
неограниченно |
MS SQL, Oracle, InterBase, Sybase, MySQL, MS Access, ODBC |
|
Trace Mode |
Windows XP, Vista, 7 |
OPC |
ABB, Allen-Bradley, GE, Honeywell, Koyo, Mitsubishi, Motorola, Omron, Schneider Automation, Siemens. |
неограниченно |
ODCB |
|
iFix
|
Windows 2000, NT, XP, 2003 Server |
OPC, OPC A&E |
Обширная библиотека драйверов ввода-вывода с поддержкой OPC |
– |
ODBC, MS SQL, Oracle, Sybase, Informix, DB2 |
|
Wonderware InTouch |
Windows XP |
OPC, DDE |
Allen-Bradley, Bristol Babcock, GE, Mitsubishi, Motorola, OMRON, Reliance |
до 1 млн ввод/вывод |
MS SQL |
|
Simatic WinCC |
Windows 2000, 2003 Server, 2008 Server, Vista, XP, 7 |
OLE, OPC DA, HDA, AE, ActiveX |
Allen-Bradley, Mitsubishi, Modbus, OMRON, Simatic |
сотни тысяч сигналов |
ODBC, MS SQL |
|
SCADA-система IGSS |
Windows XP, Vista |
OPC, OLE, VBA/ Automation, ActiveX, DDE |
ABB, AllenBradley, GE Fanuc, Koyo, Mitsubishi, OMRON, Saia, Schneider Electric, Modbus, Siemens |
до 400 000 объектов |
ODBC, MS Access |
|
SCADA КРУГ-2000 |
Windows 2000, XP |
OPC DA, OPC HDA |
Profibus, CanBus, МЭК 60870, Modbus |
до 64 000 точек ввод/вывод. |
ODBC |
|
SCADA GENESIS64 |
Unix, Linux, Windows NT/XP/2000 |
DDE, OPC |
AllenBradley, Koyo, Modbus, Siemens |
– |
MS SQL, MSDE, Access, Oracle, SAP |
|
SCADA S3 |
Windows, Linux, Solaris |
OPC |
Advantech, Fastwel, ADAM, МИКРОЛ, ОВЕН, MODBUS. |
неограниченно |
ODBC, JDBC |
На рисунке 3 приведены механизмы обмена данных, базы данных на рисунке 4.
Рисунок 3. Механизмы обмена в АСУ ТП [5]
Рисунок 4. Базы данных, используемые в АСУ ТП [5]
Рисунок 5. Подключение системы OneWireless для данных в операторскую и обратно
Рисунок 6. Интеграция SCADA для передачи данных из операторской в командных пункт
Рисунок 7. Интеграция SAP HANA с предыдущими системами для обмена, хранения, анализа и распределения данных
Рисунок 8. Интеграция существующих систем
Заключение
1. Для АСУ ТП целесообразно использование SCADA-систем, поддерживающих операционные системы с открытым исходным кодом, для обеспечения поддержки надлежащего уровня безопасности.
2. Целесообразно наличие драйверов для оборудования отечественного производства
3. Для повышения эффективности обработки данных является целесообразным использование объектно-ориентированных и иерархических баз данных.
4. Целесообразна неограниченная масштабируемость SCADA-системы.
Список литературы:
- Н.В. Гусев, С.В. Ляпушкин, М.В. Коваленко Автоматизация технологических комплексов и систем в промышленности: учебное пособие / Н.В. Гусев, С.В. Ляпушкин, М.В. Коваленко; Томский политехнический университет. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2011. – 198 с.
- Постановление Правительства Российской Федерации от 13 августа 2018 года N 937 Об утверждении Правил технологического функционирования электроэнергетических систем и о внесении изменений в некоторые акты Правительства Российской Федерации (с изменениями на 8 декабря 2018 года).
- ГОСТ Р 55563-2013 (МЭК 62270:2004) Возобновляемая энергетика. Гидроэлектростанции. Автоматизация гидроэлектростанций. Руководство по автоматизированному управлению.
- ГОСТ 34.003-90 Информационная технология (ИТ). Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Автоматизированные системы. Термины и определения.
- Анализ существующих автоматизированных систем управления технологическим процессом: Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки» / Минин П.Е., Конев В.Н., Сычев Н.В. и др.
- CitectSCADA [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.se.com/ru/ru/product-range-presentation/1500-citect-scada/#tabs-top (дата обращения 10.05.2020).
- Cimplicity HMI [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.ge.com/digital/applications/hmi-scada/cimplicity (дата обращения 10.05.2020).
- SCADA система MasterSCADA [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://insat.ru/products/?category=9 (дата обращения 15.05.2020).
- TRACE MODE [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.adastra.ru/ (дата обращения 15.05.2020).
- iFix [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.itweek.ru/industrial/article/detail.php?ID=58861 (дата обращения 15.05.2020).
- Wonderware InTouch [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.wonderware.ru/ (дата обращения 15.05.2020).
- Simatic WinCC [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.energostandart.ru/tehnika-avtomatisacii/visualisacija/scada-sistema-vizualizacii-simatic-wincc/ (дата обращения 15.05.2020).
- IGSS [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.soliton.com.ua/igss/download.htm (дата обращения 20.05.2020).
- SCADA КРУГ-2000 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.krug2000.ru/products/ppr/scada-2000.html (дата обращения 20.05.2020).
- SCADA S3 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.rts.ua/rus/news/678/0/409/ (дата обращения 20.05.2020).
- SCADA GENESIS64 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://kpfu.ru/portal/docs/F1508781366/VKR.Farruhova.A.F..pdf (дата обращения 25.05.2020).
Оставить комментарий