POWRÓT

SEMESTR V

Przetwarzanie i analiza obrazów w systemach przemysłowych - wykład


Spis treści rozdziału - tutaj kliknij

Charakterystyka systemów SCADA
Zadania i zastosowania systemów SCADA
System PROMOTIC


 

Charakterystyka systemów SCADA (za artykułem Wykorzystanie systemu SCADA w sterowaniu pracą elektrociepłowni, autor Damian Głuchy, Dariusz Kurz, Grzegorz Trzmiel)

     
   

   System SCADA (ang. Supervisory Control And Data Aquisition, czyli Sterowanie Nadrzędne i Akwizycja Danych) w praktyce jest realizowany w postaci sieci połączonych serwerów, które archiwizują dane z zarządzanego procesu i wykorzystują je do wizualizacji jego stanu oraz, po ich analizie i przetworzeniu, mogą je wykorzystywać również do sterowania procesem. W rzeczywistości SCADA to system informatyczny nadzorujący przebieg procesu technologicznego, jest nadrzędny w stosunku do warstwy sprzętowej (sterowniki, moduły I/O) i realizuje następujące zadania:

  • Wymiana danych w czasie rzeczywistym ze sterownikiem PLC lub modułem I/O.
  • Przetwarzanie informacji w czasie rzeczywistym.
  • Wyświetlanie informacji na ekranie w postaci czytelnej dla człowieka.
  • Utrzymywanie bazy danych w czasie rzeczywistym z informacjami technologicznymi.
  • Zarządzanie alarmami oraz sygnalizacja alarmów.
  • Przygotowanie i generowanie raportów o postępach procesu technologicznego.
  • Archiwizacja informacji technologicznych.

   SCADA jest nadrzędnym systemem komputerowym, zarządzającym urządzeniami przyłączonymi do sieci, takimi jak komputery lub urządzenia dedykowane dla zastosowań przemysłowych. Zapewnia on kontrolę nad urządzeniami o najwyższym priorytecie wykonania. Zazwyczaj urządzenia posiadają własny sprzętowy program, który realizują.
   Algorytm działania bądź jego parametry mogą zostać zmienione przez programowalny sterownik logiczny (PLC), do którego urządzenie to jest przyłączone. Program sterownika może być stały bądź kontrolowany przez system nadrzędny nad nim, czyli SCADA. W ten sposób uzyskuje się trójwarstwową kontrolę nad realizowanym przez urządzenie zadaniem. Dzięki temu można śledzić aktualne zmiany i reagować na nie, a w przypadku utraty połączenia z resztą systemu rolę tę przejmuje sterownik PLC.

Sterowniki PLC składają się z następujących elementów: jednostki centralnej (CPU), wejść cyfrowych, wejść analogowych, wyjść cyfrowych, wyjść analogowych, modułu zasilania, modułu komunikacji, pamięci.
   Programowalny sterownik logiczny działa na zasadzie zero-jedynkowej, to znaczy włącza lub wyłącza poszczególne elementy wykonawcze maszyny czy urządzenia przy użyciu impulsów elektrycznych. Wyposażony jest w odpowiednią liczbę układów wejściowych i wyjściowych. Informacje o stanie obiektu oraz zadanej czynności, dostarczane są poprzez moduły wejściowe. Mikroprocesor, zaprogramowany w odpowiednim języku programowania, analizuje i zapisuje informacje (obrazy) uzyskane z układów wejściowych w sposób cykliczny. Sterownik weryfikuje polecenia w takiej kolejności, w jakiej zostały one zapisane w programie. Następnie tworzy obraz dla układów wyjściowych, a system operacyjny wyjścia steruje elementami wykonawczymi maszyny.
   Sterowniki PLC - zastosowanie Sterowniki PLC znajdują szerokie zastosowanie, zarówno w każdym zautomatyzowanym przemyśle, jak i w urządzeniach codziennego użytku. Sterowniki te ułatwiają wykonywanie powtarzalnych czynności, przez co są tak popularne. Stosowane w takich sektorach przemysłu jak budowa maszyn, energetyka czy transport. Bardzo często sterują całymi liniami produkcyjnymi. W życiu codziennym służą na przykład do sterowania sygnalizatorami świetlnymi, windami, ruchomymi schodami, a także stanowią wyposażenie inteligentnych domów.

   Systemy SCADA składają się z dwóch głównych części: sprzętowej oraz aplikacji.
Do architektury sprzętowej zalicza się:

  • serwer dedykowany - MTU (ang. Master Terminal Unit), który rozpoczyna wszelkie formy komunikacji, zbiera dane, przechowuje informacje, wysyła informacje do innych systemów i zbiera je od użytkowników. Komunikuje się również z urządzeniami peryferyjnymi takimi jak monitory, drukarki i inne systemy informacyjne. Głównym interfejsem komunikacji MTU z operatorem systemu są monitory lub ekrany dotykowe, na których przedstawiane są na obrazach synoptycznych urządzenia składające się na zarządzany proces. Wraz z aktualizacją danych w systemie, ekrany są odświeżane,

  • serwer danych, którego zadaniem jest udostępnianie danych, pozyskanych z urządzeń pomiarowych, stacjom klienckim i innym serwerom. Zwykle dane zostają wcześniej odpowiednio przetworzone,
  • urządzenia do zbierania danych. Najczęściej wykorzystywane w tym celu są sterowniki PLC. Mniej popularnym rozwiązaniem jest RTU (ang. Remote Terminal Unit). Zbiera on informacje od różnych urządzeń wejściowych, takich jak pompy, alarmy, mierniki, itp. Dane dostarczane do niego mogą być zarówno analogowe (wartości rzeczywiste), cyfrowe (0 lub 1) jak i pulsacyjne. Wiele jednostek zbiera informacje w pamięci i czeka na żądanie od MTU, aby je przesłać. W bardziej zaawansowanych rozwiązaniach RTU posiada wbudowany mikroprocesor, który może bezpośrednio sterować procesem bez komunikacji z MTU, a w przypadku rozpoznania swojego adresu w węźle odbiera rozkaz od serwera dedykowanego i wykonuje go,
  • stacje klienckie, które umożliwiają interakcję użytkownika z systemem. Umożliwiają wizualizację procesu, sterowanie nim, przegląd zdarzeń, reakcję na alarmy czy śledzenie raportów.

    Do góry


 

Zadania i zastosowania systemów SCADA

     
   

   Wykorzystywanie systemu SCADA umożliwia:

  • redukcję kosztów operacyjnych,
  • zapewnienie aktualnej wiedzy o wydajności systemu,
  • poprawę sprawności systemu,
  • wzrost żywotności urządzeń,
  • zmniejszenie czasu potrzebnego na rozpoznanie uszkodzeń i ich naprawę,
  • wykorzystanie przez obsługę czasu na obserwację stanu systemu do wykonywania innych zadań,
  • łatwiejsze zarządzanie obiektem, dzięki automatycznie generowanym raportom.

   Systemy automatyki, a w tym i systemy SCADA są wciąż potrzebne w coraz większej liczbie zastosowań i branż. Istnieje duży wybór rozwiązań oferowanych przez różnych dostawców. Rynek systemów SCADA w Polsce jest wciąż bardzo chłonny. Systemy te, dotychczas kojarzone głównie z zakładami produkcyjnymi i przemysłem, obecnie coraz częściej nadzorują również systemy w sektorze wodno-kanalizacyjnym, systemy inteligentnych budynków, pracę elektrowni słonecznych, monitorują zużycie energii elektrycznej, a przy tym są coraz łatwiejsze w obsłudze.

   Finalnie system SCADA jest postrzegany jako pomieszczenie z wieloma monitorami, na których wyświetlana jest wizualizacja procesu przemysłowego. Jest to zrealizowane w większym lub mniejszym stopniu w zależności od wielkości i stopnia zaawansowania procesu przemysłowego.
   Z punktu widzenia operatora i klienta zamawiającego system wizualizacji, SCADA jest zestawem monitorów wyświetlających dane procesowe. To co dzieje się poza monitorami jest już obsługiwane przez dział techniki, utrzymania ruchu, bądź przez zatrudnionego automatyka, w zależności od specyfiki i wielkości zakładu.
   Alternatywą dla SCADA jest WebSCADA. Termin WebSCADA z reguły oznacza wykorzystanie interfejsu człowiek-maszyna (HMI) i systemów SCADA opartych na technologiach internetowych. Pozwala to kontrolować i zarządzać systemem SCADA za pomocą standardowej przeglądarki internetowej działającej w tym przypadku jako klient. Architektura takich systemów obejmuje WebSCADA (serwer) i terminale klienckie: komputery stacjonarne, urządzenia PDA lub telefony komórkowe z przeglądarką internetową. Łączenie klientów z serwerem WebSCADA za pośrednictwem Internetu umożliwia im interakcję z aplikacją automatyzacji jako prostej strony WWW lub strony WAP.

Do góry


 

System PROMOTIC

     
   

   System PROMOTIC to oprogramowanie, które służy do wizualizacji i sterowania procesami technologicznymi w szerokim spektrum gałęzi przemysłu. Taki rodzaj oprogramowania jest coraz częściej wykorzystywany do administracji i sterowania technologii w "domach inteligentnych" i budynkach.
System PROMOTIC:

  • Jest przeznaczony dla SO Windows 10/8/7/Vista/XP/Embedded/2003-19Server oraz nowszych.
  • Umożliwia efektywne wytwarzanie rozproszonzch oraz otwartzch aplikacji w najróżniejszych gałęziach przemysłu.
  • Jest przeznaczony dla wszystkich projektantów i programistów.
  • Umożliwia wytwarzanie aplikacji ściśle odpowiadających zapotrzebowaniom użytkownika.
  • Oferuje przyjazny interfejs użytkownika do wytwarzania aplikacji.
  • Od wersji Pm8.0.0 jest możliwe uruchamianie systemu PROMOTIC także w trybie freeware, patrz PmFree - Bezpłatne środowisko deweloperskie i runtime licencja systemu PROMOTIC.

W systemie PROMOTIC są wbudowane wszelkie niezbędne komponenty do wytwarzania rozległych i prostych systemów monitoringu i sterowania.

  • Środowisko deweloperskie PROMOTIC z hierarchiczną drzewiastą strukturą obiektów.
  • Szeroka gama obiektów PROMOTIC.
  • JavaScript lub VBScript język programowania do zapisu algorytmów.
  • Szeroka paleta obrazków technologicznych wytworzonych w grafice wektorowej SVG.
  • Obiekty graficzne - podstawowe i kompleksowe obiekty z rozbudowanymi możliwościami konfiguracji.
  • Automatyczna konwersja obrazów do formatów HTML oraz XML.
  • System trendów (tzn. zapisywanie wartości ze znacznikiem czasu).
  • System alarmów oraz zdarzeń (events) użytkownika.
  • Możliwość wykorzystania technologii Web Internet/Intranet.
  • Interfejsy dostępu do systemów baz danych SQL oraz ODBC.
  • Wbudowane interfejsy: XML, OPC, ActiveX, DDE.
  • Drivery komunikacyjne do komunikacji z PLC.
  • Administracja użytkowników, uprawnień i system logowania.
  • Zabezpieczenie uruchomionych aplikacji.
  • Wersje językowe PROMOTIC.
  • INFO - system informacyjny i diagnostyczny.
  • Dokumentacja w formie elektronicznej.

Środowisko deweloperskie PROMOTIC

   Środowisko deweloperskie PROMOTIC jest podstawowym narzędziem do wytwarzania aplikacji w systemie PROMOTIC, służy do zdefiniowania struktury drzewiastej Pma obiektów, ustawienia ich właściwości, definiowania algorytmów, itd.
   Wbudowany język programowania JavaScript lub VBScript służy do zapisu algorytmów w programowaniu poprzez zdarzenia, umożliwia dostęp do właściwości i metod poszczególnych obiektów systemu PROMOTIC lub innych aplikacji programowych. Dla projektanta przedstawia to nieograniczone możliwości wytwarzania aplikacji.
   Do uruchamiania algorytmów jest do dyspozycji informacyjny i diagnostyczny INFO system. INFO system umożliwia przeglądanie wszystkich ważnych informacji podczas biegu aplikacji. Jest możliwe zdalne diagnostykowanie bieżących aplikacji.

  • w sieciach Internet i Intranet przy pomocy PROMOTIC Web
  • lub poprzez programy TeamViewer, PCAnyWhere, LapLink, CarbonCopy, itd.

Edytor grafiki panela PmaPanel

   Edytor grafiki służy do wytwarzania paneli graficznych aplikacji - przy pomocy dowolnej ilości Pmg obiektów, które wytworzy projektant według swojej wyobraźni z palety wstępnie zdefiniowanych obiektów. Jest możliwe ustawianie właściwości tych obiektów, połączenie ze źródłem danych aplikacji i tym sposobem ożywienie wytwarzanej wizualnej części aplikacji. Połączyć ze źródłem danych można wszystkie ważne właściwości Pmg obiektów: Kolor, Pozycja, Wielkość, Wartość oraz wiele innych.
   Możliwość wytwarzania własnych złożonych Pmg obiektów i import/eksport do XML (do formy tekstowej) przyspiesza szybkość wytwarzania aplikacji i zwiększa wydajność pracy projektanta.
   Projektant może wytwarzać obrazy, które są standardowymi oknami Windows, lecz może także definiować okna ze stałą pozycją, stałą wielkością, okno aplikacji na caly ekran bez pasków narzędziowych czy też zdefiniowanie maksymalnej ilości równocześnie otwartych okien aplikacji.

PROMOTIC oraz Komunikacja

   Aplikacja ukierunkowana na monitorowanie i sterowanie procesów technologicznych uzyskuje lub zapisuje dane z/do źródeł zewnętrznych. Źródłem tych danych może być np.: baza danych, sterownik PLC, plik na dysku, karta wejść/wyjść w komputerze, inny serwer na komputerze lokalnym czy też odległym, itd.
PROMOTIC dysponuje:

  • obszernym zbiorem własnych driverów komunikacyjnych z rozbudowanymi możliwościami konfiguracji dla sterowników PLC: Siemens Simatic, SAIA, Mitsubishi, Allen-Bradley DF1, DF1 Koyo, Omron, Telemecanique, Modicon, ADAM, protokół komunikacyjny Modbus, M-BUS, IEC60870-5, oraz inne.

Do dyspozycji są także transmisje danych w sieciach radiowych i sieciach GSM.

  • Poprzez wbudowane interfejsy standardowe OPC, DDE, ActiveX jest możliwe połączenie z serwerami komunikacyjnymi innych firm, na przykład: Simatic, Landis&Gyr, Honeywell, Bernecker&Reiner, Moeller, ABB, Allen-Bradley, Sauter, Unitronics, GE-Fanuc, Festo, Yokogawa, Lonworks, Lenze, i inne.
  • Do wytwarzania aplikacji zdecentralizowanych w sieciach Internet i Intranet są do dyspozycji interfejsy komunikacyjne z protokołami TCP/IP, HTTP, XML, DCOM.

Możliwości komunikacji z okolicznymi systemami programowymi są praktycznie nieograniczone.

Do góry


 

 (C) 2011 - 2020 Wydział Przyrodniczo - Techniczny KPSW. All Rights Reserved