Sistemas de adquisición de datos y control operativo (sistemas SCADA)

El término Sistema de Supervisión, Control y Adquisición de Datos o sistema SCADA apareció a fines de la década de 1980. siglo XX. simultáneamente con los primeros intentos de utilizar computadoras personales con aplicaciones gráficas instaladas en ellas como consolas de operador.

Los primeros sistemas SCADA se desarrollaron para sistemas operativos DOS o Unix y tenían capacidades bastante modestas, tanto por las limitaciones de hardware del hardware como por las capacidades gráficas de los sistemas operativos. Los sistemas SCADA se generalizaron simultáneamente con la aparición de interfaces gráficas, como Windows 3.11, X-Windows, Phantom y hardware que permite alcanzar la velocidad necesaria de ejecución de procesos en modos multitarea.

El motivo del surgimiento de los sistemas SCADA como herramientas de desarrollo de software de primer nivel es similar al motivo del surgimiento de sistemas como Borland Delphi y otros sistemas de programación visual.Su tarea principal es aliviar a los desarrolladores de software de la carga rutinaria e inútil de describir interfaces y funciones estándar. Al mismo tiempo, debe entenderse que el uso de sistemas SCADA no implica una reducción de los requisitos para la calificación del desarrollador, como se intenta imaginar.

Distingue los sistemas MMI (interfaz hombre-máquina) y SCADA, ya que ambos se desarrollaron con éxito independientemente el uno del otro, ocupando diferentes nichos en el mercado de dispositivos HMI (interfaz hombre-máquina).

Los sistemas MMI son en realidad paneles de control locales para dispositivos individuales o instalaciones tecnológicas, equipados con pantallas alfanuméricas y teclados o pantallas gráficas, generalmente táctiles.

En la mayoría de los casos, el dispositivo MMI se implementa utilizando un controlador especial, y su parte de software no implica modificaciones o cambios adicionales.

Al mismo tiempo, los sistemas SCADA incluyen el uso de computadoras personales y sistemas operativos estándar, se utilizan para automatizar el proceso de gestión de grandes procesos tecnológicos, en los que están involucrados una gran cantidad de dispositivos ejecutivos y unidades tecnológicas, y también admiten la posibilidad de implementar aplicaciones distribuidas (utilizando múltiples consolas de operador)...

Es imposible trazar una línea clara entre los sistemas MMI y SCADA debido a la existencia de sistemas de programación de extremo a extremo en los que a menudo no hay distinción entre herramientas de desarrollo de software para diferentes niveles del sistema de control.

La falta de un estándar único que describa el propósito y la composición funcional de los sistemas SCADA y la diferencia en las interpretaciones del término "SCADA" complican la clasificación y comparación de los sistemas de esta clase.

Se pueden distinguir los siguientes grupos principales de sistemas SCADA:

• Sistemas SCADA desarrollados por fabricantes de controladores;

• Sistemas SCADA desarrollados por fabricantes independientes;

• Los sistemas SCADA son componentes de los sistemas de programación de extremo a extremo.

La tarea del fabricante del equipo controlador al desarrollar su propio sistema SCADA es proporcionar al usuario final una herramienta para desarrollar aplicaciones de visualización utilizando controladores de ese fabricante.

Se pueden distinguir las siguientes características principales de tales sistemas:

• la interfaz de estos sistemas repite la interfaz de medios de escritura de software para el equipo controlador;

• Los componentes del sistema SCADA están optimizados para trabajar con datos recibidos de equipos de control de un fabricante específico;

• Las interfaces para el intercambio de datos con equipos de otros fabricantes están mal implementadas o son difíciles de usar.

Un ejemplo clásico de tal sistema es Siemens WinCC… El uso de tales sistemas propietarios, por un lado, minimiza el costo de capacitación de especialistas en desarrollo de software, pero por otro lado, vincula estrictamente tanto al desarrollador como al usuario final del sistema a un fabricante específico o incluso a un determinado línea de equipos de un fabricante.

Además, varios fabricantes de equipos de control se vieron obligados a desarrollar sus propios sistemas SCADA con fines de marketing sin proporcionar a sus productos de software el nivel de soporte y mantenimiento requerido.

Los sistemas SCADA de terceros son las herramientas más flexibles para crear aplicaciones de control y visualización de procesos. Sus ventajas incluyen el soporte de una gran cantidad de funciones para crear sistemas de control descentralizados y distribuidos, así como la capacidad de integrar equipos de diferentes fabricantes, incluidos los de la competencia, en un solo sistema.

Para intercambiar datos con equipos ejecutivos, dichos sistemas utilizan servidores de E/S de software que implementan interfaces DDE u OPC. La difusión de tales sistemas SCADA, así como la necesidad de cumplir con los estándares de herramientas de automatización, llevó al hecho de que todos los desarrolladores de equipos de control tienen sus propios Servidores de software OPC o DDE, que se entregan completos con equipo o por encargo.

Dado que el sistema de programación de extremo a extremo incluye el desarrollo de estaciones de operador como parte integral del sistema de control, siempre contiene componentes separados del sistema SCADA. Sin embargo, dado que todo el sistema funciona como un todo, estos componentes también pueden ser componentes de otros módulos del sistema de programación de extremo a extremo, o puede ser imposible separar el sistema SCADA en su forma pura en un producto de software.

Dichos sistemas tienen las mismas ventajas y desventajas que los sistemas SCADA desarrollados por los fabricantes de controladores, teniendo en cuenta dos diferencias principales:

• Los sistemas SCADA, que son parte integral de los sistemas de programación de extremo a extremo, prácticamente no tienen interoperabilidad con software y hardware de otros fabricantes;

• el papel del sistema SCADA en dichas aplicaciones se limita al desarrollo de una interfaz gráfica.

Composición y estructura de los sistemas SCADA

Composición y estructura de los sistemas SCADA

Por lo general, los sistemas SCADA constan de dos conjuntos separados de productos de software: un entorno de desarrollo y un entorno de ejecución.

Entorno de desarrollo Se denomina al conjunto con el que se diseña y configura el entorno de visualización del proceso tecnológico.

Ambiente durante el trabajo — este es un conjunto de productos de software que son necesarios para el trabajo en el proyecto del programa para la visualización del proceso tecnológico en la estación del operador.

Por separado, se debe considerar el problema de la interacción entre el entorno de desarrollo y el entorno de tiempo de ejecución durante el trabajo con el mismo proyecto del desarrollador y el operador:

1. Los cambios realizados por el desarrollador surten efecto inmediatamente.

2. El tiempo de ejecución refleja los cambios realizados tal como se encuentran en el código fuente del proyecto.

3. Los cambios se reflejan en tiempo de ejecución al reiniciar o forzar.

La implementación del primer tipo de interacción permite demostrar las capacidades del producto de manera bastante clara y efectiva en presentaciones comerciales y, por lo tanto, a veces se implementa en los productos de software finales. Sin embargo, cuando se trabaja con proyectos reales, existe el peligro potencial de perder parte de la interfaz gráfica o el movimiento dinámico de los controles. En este sentido, el segundo y tercer tipo de interacción o su combinación son los más extendidos.

Se pueden distinguir las siguientes partes principales del sistema SCADA:

• base de la etiqueta;

• módulo de visualización de gráficos;

• procesador de guiones;

• sistema de alarma y advertencia;

• módulo para el archivo de parámetros de procesos tecnológicos.

Etiqueta del sistema SCADA Es un objeto para almacenar el valor de un parámetro de proceso tecnológico y sus propiedades. Las etiquetas a veces se denominan incorrectamente "variables". Al mismo tiempo, el concepto de etiqueta es el más cercano a la definición de clase en los lenguajes de programación orientados a objetos.

El módulo de visualización gráfica implementa la interfaz gráfica del proyecto. Por regla general, una interfaz gráfica es un conjunto de formularios de pantalla con elementos gráficos colocados en ellos. La tarea de crear una pantalla se reduce a colocar elementos gráficos en las formas de la pantalla y establecer sus propiedades.

En el proceso de llamar, mostrar y cerrar formularios de pantalla, al hacer clic en objetos gráficos, cambiar propiedades o valores de etiquetas individuales, es necesario realizar cálculos o acciones para las cuales hay motor de secuencias de comandos… Los scripts también se denominan “macros” o “scripts” en algunos sistemas.

La mayoría de los scripts del sistema SCADA que implementan la interfaz gráfica de las estaciones de trabajo de operadores automatizados son controladores de clics del mouse en elementos gráficos.

Para scripts, los sistemas SCADA de diferentes fabricantes ofrecen uno o más idiomas. Los sistemas desarrollados por fabricantes de controladores o como parte de sistemas de programación de extremo a extremo suelen ofrecer los mismos lenguajes de programación para secuencias de comandos que para escritura. software del controlador… Los sistemas SCADA de terceros a menudo ofrecen lenguajes de secuencias de comandos macro especializados.

El uso de lenguajes de programación de propósito general le permite implementar interfaces de usuario complejas y métodos no estándar de trabajo con datos al acceder a bibliotecas y API adicionales.

Al mismo tiempo, el desarrollador debe, en cualquier caso, estudiar bibliotecas de funciones para trabajar con componentes del sistema SCADA, de la misma manera que se estudian los lenguajes de macros, y el código implementado puede ser potencialmente peligroso o heredar errores de funciones de terceros. bibliotecas

Sistema de alarmas tiene por objeto notificar al operador del valor del parámetro de proceso fuera de los límites permisibles. Como regla general, para cada parámetro tecnológico, se pueden configurar 2 tipos de configuraciones según las cuales aparecerá la notificación: respectivamente, configuraciones de emergencia y advertencia.

Dependiendo de las capacidades del sistema, estas configuraciones se establecen de acuerdo con uno o más criterios:

• Fuera de rango. En este caso hay: valores de advertencia superior e inferior y valores de alarma superior e inferior.

• Una desviación del valor nominal de algún valor. Distribuya las desviaciones mínimas y máximas permisibles del valor establecido.

• Configuración de la tasa de cambio máxima permitida del valor del parámetro de proceso. Los valores de los ajustes de rango permitidos se especifican en unidades absolutas, y la desviación del valor nominal y la tasa de cambio se pueden especificar tanto en unidades absolutas como en porcentaje del valor actual o del punto de referencia.

Debido a que para un proceso tecnológico la cantidad de parámetros para los que se establecen puntos de ajuste de emergencia y advertencia puede ser grande, en los sistemas SCADA es posible combinar los parámetros controlados tecnológicamente en grupos, así como establecer el nivel de prioridad para cualquier punto fijo.

la tarea principal módulo de respaldo — proporcionar la capacidad de mostrar gráficos de parámetros tecnológicos (Tendencias) en la pantalla del monitor durante un período relativamente corto, así como crear informes simples El módulo para archivar los valores del sistema SCADA debe proporcionar las siguientes funciones:

• archivar valores en una base de datos local con cierta frecuencia o cambio;

• al archivar valores al cambiar: posibilidad de establecer una zona muerta para archivar;

• establecer un límite de tamaño de base de datos local;

• configurar el tiempo para almacenar valores;

• realizar un mantenimiento de rutina para eliminar los valores obsoletos o más antiguos cuando se exceda el tiempo de almacenamiento o el tamaño de la base de datos en modo automático;

• disponibilidad de una interfaz para construir gráficos de valores de archivo y verlos;

• disponibilidad de un sistema para exportar valores de parámetros para el período especificado en forma de tabla de valores.