Παρουσίαση του PowerPointeclass.teipir.gr/openeclass/modules/document/file... · • Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες

Βιομηχανική Πληροφορική Ενότητα 5: Συστήματα Εποπτικού Ελέγχου και

Συλλογής Δεδομένων

Αναστασία Βελώνη Μηχανικών Η/Υ Συστημάτων

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα

Άδειες Χρήσης

• Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons.

• Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς.

2

Χρηματοδότηση • Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια

του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα.

• Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού.

• Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.

3

Σκοποί Ενότητας

Τα συστήματα SCADA παρακολουθούν on-line μέσω μονάδων προγραμματιζόμενων λογικών ελεγκτών και καταγράφουν συνεχώς σε ηλεκτρονικούς υπολογιστές όλες τις κρίσιμες

παραμέτρους της παραγωγικής διαδικασίας, για την επίτευξη εποπτείας σε πραγματικό χρόνο.

4

Περιεχόμενα Ενότητας -1

• Ανάπτυξη εξειδικευμένων εφαρμογών βιομηχανικής πληροφορικής

• Συστήματα SCADA • Λειτουργίες συστημάτων

SCADA • Σύστημα ελέγχου με SCADA

και PLC • Υποσυστήματα

συστημάτων SCADA • Σχηματικές απεικονίσεις

• Οδηγίες για τον αυτοματισμό των συσκευών

• PLC • Τυποποιημένα πρωτόκολλα • Modbus • Διάφοροι τύποι Modbus • Λειτουργία Modbus • SCADA LAN’s • Σύγκριση SCADA και DCS

5

Περιεχόμενα Ενότητας -2

• Δίκτυο Ethernet

• Θέση βαλβίδας βάσει ενός επιπέδου νερού

• Οφέλη επιχείρησης από τη χρήση SCADA

• Παροχές συστημάτων SCADA

• Συμπέρασμα

• Λογισμικό Genesis της Iconics

• Τελικό VI front panel

• InSQL

• RSView

6

Ανάπτυξη εξειδικευμένων εφαρμογών βιομηχανικής πληροφορικής

• Η βιομηχανική πληροφορική αποτελεί έναν από τους σημαντικότερους και ραγδαία εξελισσόμενους κλάδους της Πληροφορικής

• Η απαίτηση για μια αποτελεσματικότερη διαχείριση όλων των πληροφοριών των διαφόρων τμημάτων μιας επιχείρησης οδήγησε στην ανάπτυξη εξειδικευμένων εφαρμογών βιομηχανικής πληροφορικής

• Η ανταλλαγή των πληροφοριών μεταξύ όλων των τμημάτων προϋποθέτει τη σύνδεση όλων των επιμέρους εφαρμογών, σε ένα κεντρικό σύστημα Πληροφόρησης και Διαχείρισης (Management Information System)

7

Συστήματα SCADA

• Τα συστήματα SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) αποτελούν εφαρμογή της βιομηχανικής πληροφορικής για την εποπτεία της παραγωγής

• Κάθε διεργασία παραγωγής χαρακτηρίζεται από κάποιες κρίσιμες παραμέτρους, οι οποίες παίζουν καθοριστικό ρόλο στην παραγωγική διαδικασία και στην ποιότητα των παραγόμενων προϊόντων (π.χ. πίεση, θερμοκρασία, χρόνος, πυκνότητα κ.α.)

8

Συστήματα SCADA

• Τα συστήματα SCADA παρακολουθούν on-line μέσω μονάδων Προγραμματιζόμενων Λογικών Ελεγκτών και καταγράφουν συνεχώς σε ηλεκτρονικούς υπολογιστές όλες τις κρίσιμες παραμέτρους της παραγωγικής διαδικασίας, για την επίτευξη εποπτείας σε πραγματικό χρόνο

• Ένα σύστημα SCADA περιλαμβάνει απεικόνιση σε μιμικά διαγράμματα όλων των διεργασιών παραγωγής, ενδείξεις των τιμών των μετρούμενων μεγεθών, διαρκή συλλογή και αποθήκευση δεδομένων σε Η/Υ, γνωστοποίηση σφαλμάτων κ.α. Επίσης σημαντική είναι η δυνατότητα παρακολούθησης του συστήματος μέσω κατάλληλα διαμορφωμένων σελίδων του διαδικτύου

9

Λειτουργίες συστημάτων SCADA

Οι κύριες λειτουργίες ενός συστήματος SCADA είναι οι ακόλουθες: • Συλλογή δεδομένων από τα PLC και τις απομακρυσμένες

τερματικές μονάδες (Remote Telemetry Unit RTU). Οι RTU εγκαθίστανται σε απομακρυσμένα σημεία με σκοπό την αποστολή και λήψη εντολών. Όλα τα επιθυμητά σήματα μεταδίδονται προς το σύστημα SCADA μέσω του δικτύου βιομηχανικού αυτοματισμού

• Αποθήκευση των πληροφοριών στη βάση δεδομένων και αναπαράστασή τους μέσω γραφημάτων

• Ανάλυση δεδομένων και ειδοποίηση του προσωπικού σε περιπτώσεις σφάλματος. Όταν τα δεδομένα πάρουν τιμές μη κανονικές το σύστημα SCADA ειδοποιεί με οπτική ή ακουστική σήμανση τους χειριστές, ώστε να αποφευχθούν δυσάρεστες επιπτώσεις

10


• Έλεγχος κλειστού βρόχου διεργασιών. Υπάρχει η δυνατότητα εφαρμογής τεχνικών ελέγχου, αυτόματες ή χειροκίνητες

• Γραφική απεικόνιση των τμημάτων της διεργασίας σε μιμικά διαγράμματα και παρουσιάσεις των δεδομένων σε ενεργά πεδία. Τα μιμικά διαγράμματα απεικονίζουν ρεαλιστικά τμήματα της διεργασίας με στόχο την ευκολότερη εποπτεία και την κατανόηση των δεδομένων από τους χειριστές του συστήματος

• Καταγραφή όλων των συμβάντων για την δημιουργία ιστορικού αρχείου. Σε κάθε βιομηχανία υπάρχει καταγραφή όλων των κρίσιμων παραμέτρων. Παλιότερα γινόταν με χειρόγραφη καταγραφή, ενώ σήμερα την ευθύνη αυτή έχει αναλάβει η βάση δεδομένων του συστήματος SCADA

11


• Υποστήριξη διπλού υπολογιστικού συστήματος με αυτόματη εναλλαγή, αν αυτό κρίνεται σκόπιμο βάση της υπό έλεγχο διεργασίας. Σε διεργασίες υψηλής επικινδυνότητας πρέπει να ελαχιστοποιηθεί όσο το δυνατόν περισσότερο η εμφάνιση σφάλματος λόγω βλάβης του εξοπλισμού. Για το λόγο αυτό τα συστήματα SCADA υποστηρίζουν δεύτερο υπολογιστικό σύστημα που αναλαμβάνει σε περίπτωση σφάλματος

12


• Μεταφορά δεδομένων σε άλλα τμήματα του κεντρικού συστήματος πληροφόρησης και διαχείρισης

• Έλεγχος της πρόσβασης χειριστών στα διάφορα υποσυστήματα του συστήματος SCADA

• Ειδικές εφαρμογές λογισμικού όπως εκτέλεση κώδικα C++ ή ανάπτυξη ευφυών συστημάτων

13

Σύστημα ελέγχου με SCADA και PLC

14


• Η συλλογή δεδομένων ξεκινά από το RTU ή το PLC και περιλαμβάνει τις ενδείξεις των μετρητικών οργάνων καθώς και τις ενδείξεις κατάστασης (status) του εξοπλισμού. Τα δεδομένα αυτά αποστέλλονται στο SCADA

• Τα δεδομένα στη συνέχεια καταρτίζονται και διαμορφώνονται με τέτοιο τρόπο ώστε ο χειριστής στην αίθουσα έλεγχου χρησιμοποιώντας το HMI να μπορεί να πάρει εποπτικές αποφάσεις για να προσαρμόσει ή να παρακάμψει τον κανονικό έλεγχο των RTU’s ή PLC’s

• Τα δεδομένα μπορούν επίσης να αποθηκευτούν σε μία βάση δεδομένων, στην οποία καταγράφονται διάφορα μεγέθη της εγκατάστασης με το πέρασμα του χρόνου και έτσι προσφέρεται η δυνατότητα στους διαχειριστές του συστήματος να ανατρέξουν σαι παλαιότερες μετρήσεις και να προχωρήσουν σε βελτιώσεις ή προσαρμογές του συστήματος

15


• Για παράδειγμα στο σύστημα flow και level control του συστήματος του ανωτέρω σχήματος το σύστημα SCADA διαβάζει τη μετρούμενη ροή και στάθμη και στέλνει τα σήματα αυτά στα PLC’s

• Το PLC1 συγκρίνει τη μετρούμενη ροή με την επιθυμητή και ελέγχει την ταχύτητα της αντλίας όσο χρειάζεται για να ταιριάξει τη ροή με την επιθυμητή

• Το PLC2 συγκρίνει τη μετρούμενη στάθμη με την επιθυμητή και ελέγχει τη ροή μέσω της βαλβίδας για να ταιριάξει τη στάθμη με την επιθυμητή

16

Χρήσεις συστημάτων SCADA

Τα συστήματα SCADA χρησιμοποιούνται σε: • Βιομηχανικές διεργασίες, οι οποίες περιλαμβάνουν

διεργασίες στον τομέα της κατασκευής, της παραγωγής προϊόντων, της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας κλπ.

• Διεργασίες υποδομής, οι οποίες μπορεί να είναι δημόσιες ή ιδιωτικές όπως η επεξεργασία νερού και η διανομή του, η συλλογή και επεξεργασία των λυμάτων, η μεταφορά ηλεκτρικής ενάργειας και η διανομή της, τα αιολικά πάρκα και τα μεγάλα επικοινωνιακά συστήματα

• Διεργασίες σε εγκαταστάσεις όπως κτίρια, αεροδρόμια, πλοία και διαστημικούς σταθμούς

17

Βασικοί στόχοι του SCADA

Ένα σύστημα εποπτικού ελέγχου και απόκτησης δεδομένων (SCADA) είναι ένα ευρέως διαδεδομένο σύστημα βασισμένο στη χρήση υπολογιστή που αρχικά χρησιμοποιήθηκε για τον έλεγχο και την παρακολούθηση από απόσταση των συνθηκών λειτουργίας των μερών μία κεντρικής εγκατάστασης

18

Παράδειγμα δικτύου διανομής νερού

Για το παράδειγμα ενός δικτύου διανομής νερού, οι αντικειμενικοί στόχοι ενός συστήματος SCADA είναι οι ακόλουθοι:

• Παρακολούθηση του συστήματος • Έλεγχος όλου του συστήματος και εξασφάλιση

ότι η απαιτούμενη απόδοση επιτυγχάνεται • Μείωση των επιπέδων των λειτουργικών

αποθεμάτων μέσω της αυτοματοποίησης ή μέσω της λειτουργίας του συστήματος από μία απλή κεντρική εγκατάσταση

19


• Αποθήκευση των δεδομένων της συμπεριφοράς του συστήματος και επομένως της πλήρους συμμόρφωσης με τις απαιτήσεις των προτύπων

• Παροχή πληροφοριών για την απόδοση του συστήματος και εφαρμογή αποτελεσματικών διαδικασιών διαχείρισης για το σύστημα

• Εφαρμογή αποτελεσματικής λειτουργίας του συστήματος μειώνοντας την ανάγκη για συνεχείς επισκέψεις στις απομακρυσμένες εγκαταστάσεις και ουσιαστική μείωση της κατανάλωσης ενέργειας κατά τις λειτουργίες

20


• Παροχή ενός συστήματος ελέγχου που θα επιτρέπει να επιτυγχάνονται οι αντικειμενικοί σκοποί

• Παροχή ενός συστήματος έκτακτης ειδοποίησης που θα επιτρέπει την διάγνωση των σφαλμάτων από ένα κεντρικό σημείο, ώστε να επιτυγχάνονται οι διαδικασίες επίλυσης των προβλημάτων από εξειδικευμένο προσωπικό και να αποφεύγονται περιστατικά που μπορεί να είναι επιζήμια για το περιβάλλον

21

Βασικά μέρη ενός συστήματος SCADA

• Ένα σύνηθες σύστηµα SCADA χρησιμοποιεί σαν κεντρικό πυρήνα έναν κεντρικό υπολογιστή, αρκετά μεγάλης υπολογιστικής ισχύος, στον οποίο βρίσκεται το λογισµικό SCADA εγκατεστημένο, όπως και το πρόγραµµα της εκάστοτε εφαρμογής. Η ζητούμενη τηλεμετρία στον επιθυμητό χώρο, επιτυγχάνεται µε την εγκατάσταση σταθµών τηλεμετρίας RTU (Remote Telemetry Units)

• Οι σταθµοί αυτοί διαβάζουν τις τιµές διαφόρων μεγεθών που µας ενδιαφέρουν (τάση, πίεση, θερµοκρασία κτλ), τις μετατρέπουν σε ηλεκτρικά σήµατα και τα σήµατα αυτά τα μεταδίδουν ενσύρματα ή ασύρµατα µε κατάλληλες τηλεπικοινωνιακές ζεύξεις στον κεντρικό υπολογιστή, ανά τακτά χρονικά διαστήματα

22

Βασικά μέρη ενός συστήματος SCADA

• Από εκεί και πέρα, αρχίζει η παρακολούθηση και επεξεργασία τους από τους χρήστες του κεντρικού υπολογιστή και εξάγονται χρήσιµα συμπεράσματα για τη λειτουργία της εκάστοτε διεργασίας (σχήμα επόμενης διαφάνειας)

23

Τοπολογία συστήματος SCADA

24

Δομικά στοιχεία ενός συστήματος SCADA

Τα δομικά στοιχεία ενός συστήματος SCADA είναι:

• Ένας κεντρικός υπολογιστικός σταθμός (Master Station Computer -MTU)

• Οι γραμμές επικοινωνίας (radio, καλωδιακή, τηλεφωνική)

• RTU’s που κωδικοποιούν και αποκωδικοποιούν σήματα από τον πραγματικό κόσμο

• Το ελεγχόμενο σύστημα (Field Instrumentation)

25

Υποσυστήματα συστημάτων SCADA

Ένα σύστημα SCADA αποτελείται επίσης από τα ακόλουθα υποσυστήματα:

• Ένα σύστημα ανθρώπινης αλληλεπίδρασης (HMI-Human Machine Interface), που έχει σαν σκοπό να παρουσιάζει τα δεδομένα της γραμμής και ο χρήστης να μπορεί να τα ελέγχει καθ’ όλη τη διάρκεια της παραγωγής

• Από ένα υπολογιστή ο οποίος συλλέγει όλες τις πληροφορίες και στέλνει την κατάλληλη ανατροφοδότηση

26

Υποσυστήματα συστημάτων SCADA

• Τηλεχειριζόμενες τερματικές μονάδες, οι οποίες είναι συνδεδεμένες με αισθητήρες σε όλη τη διαδικασία, εναλλάσσοντας έτσι σήματα από τους αισθητήρες στο συντονιστικό υπολογιστή

• Προγραμματιζόμενους λογικούς ελεγκτές (PLC’s)

• Την επικοινωνιακή υποδομή του συστήματος, η οποία συνδέει όλα τα παραπάνω κατάλληλα μεταξύ τους

27

Σχηματικές απεικονίσεις

• Παρακάτω απεικονίζεται ένα γενικό σύστημα SCADA που επεξεργάζεται κάποια μορφή πολλαπλών δεδομένων μεταξύ του κεντρικού υπολογιστή και των RTU’s

• Αυτές οι διατάξεις βοηθούν στην δρομολόγηση των δεδομένων από και προς έναν αριθμό RTU σε ένα τοπικό δίκτυο, ενώ χρησιμοποιούνται ένας ή λίγοι φυσικοί σύνδεσμοι σε ένα δίκτυο μίας ευρείας περιοχής (WAN) για να δώσει δεδομένα πίσω στον κεντρικό υπολογιστή

• Επίσης παρουσιάζεται η εσωτερική εγκατάσταση RTU

28

Γενικό δίκτυο ενός συστήματος SCADA

29

Εσωτερική εγκατάσταση RTU

30

Ελεγχόμενο σύστημα

31

Συσκευές δεδομένων • Οι συσκευές δεδομένων διαμορφώνουν τα μάτια και τα

αυτιά ενός συστήματος SCADA. Οι συσκευές όπως οι μετρητές του επιπέδου του reservoir, οι μετρητές ροής του νερού, οι μετρητές θερμοκρασίας, οι μετρητές κατανάλωσης ενέργειας και οι μετρητές πίεσης όλοι μαζί παρέχουν πληροφορίες που μπορούν να δώσουν πληροφορία σε έναν χειριστή ως προς το πόσο καλά λειτουργεί ένα σύστημα διανομής νερού

• Επιπλέον, ο εξοπλισμός όπως οι ηλεκτρικοί μηχανισμοί κίνησης των βαλβίδων, οι πίνακες ελέγχου του μηχανισμού και οι ηλεκτρονικές εγκαταστάσεις μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να διαμορφώσουν τα χέρια του συστήματος SCADA και να βοηθήσουν στην αυτοματοποίηση της διαδικασίας της διανομής του νερού

32

Συσκευές δεδομένων

• Παρόλα αυτά, πριν από κάποια αυτοματοποιημένη ή απομακρυσμένη παρακολούθηση, οι πληροφορίες που περνούν από και προς τις συσκευές δεδομένων θα πρέπει να μετατραπούν σε μία μορφή που είναι συμβατή με την γλώσσα του συστήματος SCADA. Για να επιτευχθεί αυτό, απαιτείται κάποια μορφή ηλεκτρονικών δεδομένων

33

RTU

• Τα RTU (Remote Telemetry Units) βασικά χρησιμοποιούνται για να μετατρέπουν τα ηλεκτρονικά σήματα που έρχονται από τις συσκευές σε μία γλώσσα (γνωστή και ως πρωτόκολλο επικοινωνίας) που χρησιμοποιείται για να μετατρέπει τα δεδομένα σε ένα κανάλι επικοινωνίας

• Τα RTU εμφανίζονται ως ένα κουτί σε ένα τηλεφωνικό πίνακα με καλώδια ηλεκτρονικού σήματος που τρέχουν μέσα στις συσκευές δεδομένων και καλώδια σύνδεσης στο κανάλι επικοινωνίας

34

Οδηγίες για τον αυτοματισμό των συσκευών

• Οι οδηγίες για τον αυτοματισμό των συσκευών των δεδομένων συνήθως αποθηκεύονται τοπικά. Αυτό οφείλεται σε μεγάλο βαθμό στο συνηθισμένο περιορισμένο εύρος ζώνης των συνδέσμων των επικοινωνιών μεταξύ του κεντρικού υπολογιστή του SCADA και των συσκευών των δεδομένων

• Τέτοιες οδηγίες συνήθως κρατούνται μέσα σε τοπικές ηλεκτρονικές συσκευές γνωστές ως Programmable Logic Controllers (PLC), οι οποίες έχουν κατά το παρελθόν διαχωριστεί από τα RTU. Τα PLC συνδέονται άμεσα με τις συσκευές δεδομένων και ενσωματώνουν προγραμματισμένη γνώση σε μορφή λογικών διαδικασιών

35

PLC που διεξάγει λειτουργίες τοπικού ελέγχου και που είναι διαχωρισμένο αλλά ενώνεται με καλώδια με το RTU

36

PLC

• Τα PLC συχνά χρησιμοποιούνται σε εργοστάσια με κατασκευαστικές εφαρμογές. Η ανάγκη ώστε τα PLC να συνδέονται με τα κανάλια επικοινωνίας δεν ήταν μεγάλη σε αυτές τις εφαρμογές, καθώς αυτά συχνά απαιτούνταν να αντικαθιστούν τα λογικά συστήματα καθυστέρησης ή τους πνευματικούς ελεγκτές

• Καθώς τα PLCs χρησιμοποιούνταν πιο συχνά για να αντικαθιστούν τα relay switching control systems, η τηλεμετρία χρησιμοποιούνταν πιο πολύ με τα PLC’s σε απομακρυσμένες εγκαταστάσεις. Έγινε επιθυμητό να επηρεάσουν το πρόγραμμα μέσα στο PLC μέσω της χρήσης ενός απομακρυσμένου σήματος

37

PLC

• Αυτό στη πραγματικότητα είναι το μέρος του εποπτικού ελέγχου (Supervisory Control) από το ακρωνύμιο του SCADA. Όπου απαιτούνταν ένα απλό τοπικό σύστημα ελέγχου, έγινε δυνατό να αποθηκεύεται αυτό το πρόγραμμα μέσα στο RTU και να διεξάγει έλεγχο στην συσκευή

• Την ίδια στιγμή, τα παραδοσιακά RTU που περιείχαν υπομονάδες επικοινωνίας που επιτρέπουν τα PLC να παρακολουθούν και να στέλνουν αναφορά της κατάστασης του προγράμματος ελέγχου στον υπολογιστή που συνδέεται στο PLC ή σε έναν απομακρυσμένο υπολογιστή μέσω μία τηλεφωνικής γραμμής. Οι κατασκευαστές των PLC και RTU επομένως ανταγωνίζονται στην ίδια αγορά

38

Αποτέλεσμα

• Σαν αποτέλεσμα αυτών των εξελίξεων, η γραμμή μεταξύ των PLC και RTU έχει εξαφανιστεί και η ορολογία είναι προφανώς εναλλακτική. Για χάρη της απλότητας, ο όρος RTU θα χρησιμοποιείται για να αναφέρει μία απομακρυσμένη συσκευή δεδομένων

• Παρόλα αυτά, μία τέτοια συσκευή θα μπορούσε να περιλαμβάνει προγραμματισμό αυτοματισμού και θα μπορούσε να χαρακτηριστεί σαν ένα PLC

39

Σύστημα επικοινωνιών δεδομένων

Ο τομέας του συστήματος επικοινωνιών δεδομένων τείνει να παρέχει τα μέσα από τα οποία τα δεδομένα μπορούν να μεταφέρονται μεταξύ των servers του κεντρικού υπολογιστή και των RTU

40

Εύρος ζώνης

Μία σημαντική ιδιότητα ενός καναλιού επικοινωνιών είναι η ικανότητά του να φέρει δεδομένα. Ο όρος εύρος ζώνης χρησιμοποιείται για να περιγράψει αυτή την ικανότητα. Γενικά ο όρος εύρος ζώνης χρησιμοποιείται για το εύρος σε Hertz ενός αναλογικού καναλιού. Για παράδειγμα, ένα κανάλι μία τηλεφωνικής γραμμής που χρησιμοποιεί το εύρος 0.3 έως 3.4 kHz έχει ένα εύρος ζώνης των 3.1 kHz και ένα ραδιοφωνικό κανάλι που χρησιμοποιεί ένα φάσμα από 929.88875 έως 929.8875 MHz έχει ένα κανάλι εύρους ζώνης των 12.5 kHz. Με την ψηφιακή μετάδοση, ο όρος εύρος ζώνης έχει διευρυνθεί για να συμπεριλάβει τον ρυθμό μετάδοσης δεδομένων σε bits ανά δευτερόλεπτο (bps)

41

Διαθεσιμότητα SCADA επικοινωνιών

• Η διαθεσιμότητα που υπάρχει στη δομή των επικοινωνιών είναι μία σημαντική πλευρά του SCADA συστήματος. Επειδή τα SCADA συστήματα συνήθως αναπτύσσονται σε μεγάλες γεωγραφικές περιοχές, συνδέσεις των απομακρυσμένων SCADA σταθμών από τον κεντρικό υπολογιστή συνήθως είναι πολυστρωματικές, εννοώντας ότι μπορεί να υπάρχουν μερικά φυσικά και λογικά μονοπάτια μέσω των οποίων τα δεδομένα πρέπει να δρομολογηθούν πριν φτάσουν στον προορισμό τους

• Σε αυτές τις συνδέσεις θα πρέπει να δοθεί μεγάλη σημασία από οικονομική πλευράς στον τύπο των συστημάτων επικοινωνιών που θα χρησιμοποιηθούν και στο εύρος ζώνης που θα χρησιμοποιηθεί σε αυτές τις συνδέσεις

42

Οικονομικοί περιορισμοί

Λόγω των οικονομικών περιορισμών, οι συνδέσεις των SCADA επικοινωνιών γενικά προσφέρουν λιγότερο εύρος ζώνης και μικρότερη αξιοπιστία από αυτά που προσφέρονται από τις επικοινωνίες που χρησιμοποιούνται συνήθως σε μία εγκατάσταση, όπου υπάρχουν λίγοι γεωγραφικοί περιορισμοί και LAN κατασκευές μεγάλης ταχύτητας

43

Πρόβλημα διαθεσιμότητας

• Το πρόβλημα στη διαθεσιμότητα μπορεί να αποδοθεί στο γεγονός ότι οι πολυστρωματικές SCADA συνδέσεις διατρέχουν έναν μεγαλύτερο αριθμό μέσων μετατροπής και θυρών δρομολόγησης δεδομένων συγκριτικά με τις LAN κατασκευές υψηλής ταχύτητας. Επομένως, υπάρχουν πολλά σημεία αποτυχίας σε πολλά δίκτυα επικοινωνιών SCADA

• Οι βλάβες στις επικοινωνίες συνήθως προκύπτουν από τον εξοπλισμό και από τις βλάβες στην παροχή ενέργειας και στην ανθρώπινη παρέμβαση. Καλύτερη διαθεσιμότητα είναι δυνατή μέσω της χρήσης εφεδρικών μονοπατιών επικοινωνίας στους εξωτερικούς σταθμούς. Παρόλα αυτά, τέτοιοι σχεδιασμοί μπορούν να συνεισφέρουν σημαντικά στο κόστος του συστήματος επικοινωνιών και επομένως δεν μπορεί να είναι οικονομικά βιώσιμο αν η σύνδεση των επικοινωνιών δεν είναι σημαντική στην λειτουργική ασφάλεια

44

Πρωτόκολλα επικοινωνίας SCADA • Τα πρωτόκολλα της επικοινωνίας SCADA είναι σχεδιασμένα

ειδικά για την μειωμένη αξιοπιστία των συνδέσμων επικοινωνίας που συνήθως χρησιμοποιούνται στα SCADA συστήματα και παρέχουν ασφαλή μεταφορά των δεδομένων, διασφαλίζοντας την αξιόπιστη μεταφορά των δεδομένων στους προορισμούς κάτω από οποιαδήποτε περίπτωση

• Τα πρωτόκολλα συμβάλλουν στον εντοπισμό του σφάλματος και στις τεχνικές ανασκόπησης των μηνυμάτων. Παρόλα αυτά, οι παραπάνω πληροφορίες που εισάγονται δημιουργούν πρόβλημα στην μετάδοση των δεδομένων, καταλήγοντας σε προβλήματα μεταξύ της ταχύτητας μετάδοσης των δεδομένων και της αξιοπιστίας του συνδέσμου των επικοινωνιών

45

Αποτέλεσμα

Σαν αποτέλεσμα, η ταχύτητα των επικοινωνιών των δεδομένων που σχετίζονται με το SCADA είναι χαμηλότερη από την συνηθισμένη στις επικοινωνίες που χρησιμοποιούνται σε ένα γραφείο ή σε κάποιον όροφο ενός εργοστασίου

46

Πιθανά σφάλματα επικοινωνίας

• Οι χρήστες των SCADA συστημάτων και τα δεδομένα που προκύπτουν δεν χρειάζονται να είναι ενήμερα των πρωτοκόλλων επικοινωνίας που χρησιμοποιούνται

• Παρόλα αυτά, είναι σημαντικό να κατανοηθεί ότι με την χρήση των συνδέσμων επικοινωνίας όπως το ράδιο, υπάρχει μία πιθανότητα αν και μικρή να συμβούν κάποια σφάλματα επικοινωνίας

47

Παράδειγμα πιθανού λάθους

• Για παράδειγμα, μία εντολή ελέγχου θα μπορούσε να σταλεί σε λάθος προορισμό. Τα SCADA συστήματα συχνά ζητούν επιβεβαίωση από τον χρήστη να επιβεβαιώσει ότι μία εντολή ελέγχου απαιτείται

• Αυτή η προσέγγιση παρέχει κάποιο επίπεδο προστασίας ενάντια στην περίπτωση να σταλεί μία εντολή σε λάθος προορισμό

48

Πρωτόκολλο επικοινωνίας DNP

Ένα παράδειγμα πρωτοκόλλου SCADA επικοινωνιών είναι το DNP 3.0 (Distributed Network Protocol), ένα ανεξάρτητο πρωτόκολλο που ενσωματώνει πολλαπλά στρώματα εντοπισμού σφαλμάτων και διόρθωσης και επιτρέπει την επιβεβαίωση των εντολών ελέγχου

49

Modbus & άλλα πρωτόκολλα

• Το Modbus (αναλύεται παρακάτω) είναι άλλο ένα ευρέως διαδεδομένο πρωτόκολλο για το SCADA, αλλά δεν προσφέρει το ίδιο επίπεδο ασφάλειας στην μετάδοση δεδομένων όπως το DNP 3.0

• Υπάρχει επίσης μία μεγάλη ποικιλία πρωτοκόλλων που προσφέρουν μαζί με τα συστήματα SCADA και προσφέρουν πολλές δυνατότητες όπως τα RP-570, Profibus και Conitel

50

Τυποποιημένα πρωτόκολλα

• Τα τυποποιημένα πρωτόκολλα είναι τα: IEC 60870-5-101 ή 104, IEC 61850 και DNP3

• Αυτά τα πρωτόκολλα επικοινωνίας είναι τυποποιημένα και αναγνωρισμένα από όλους τους μεγάλους προμηθευτές SCADA. Πολλά από αυτά τα πρωτόκολλα περιέχουν πλέον επεκτάσεις ώστε να λειτουργούν σε TCP/IP

51

Χρήση υφιστάμενων δικτύων κινητής τηλεφωνίας

• Παρόλο που υπάρχουν διαφωνίες ως προς το κατά ποσό είναι ασφαλές να συνδέσει κανείς ένα σύστημα SCADA στο internet, πολλές βιομηχανίες (όπως συλλογής αποβλήτων και διανομής νερού), έχουν χρησιμοποιήσει τα υφιστάμενα δίκτυα κινητής τηλεφωνίας για την παρακολούθηση των υποδομών τους καθώς και διαδικτυακές πύλες για αποστολή δεδομένων

• Τα δεδομένα που μεταφέρονται μέσω δικτύων κινητής τηλεφωνίας, κωδικοποιούνται πριν την αποστολή τους

52

Επικοινωνία μέσω δορυφόρου

• Όταν υπάρχουν αυξανόμενες απαιτήσεις ασφαλείας για προστασία κρίσιμων εγκαταστάσεων υπάρχει αυξανόμενη χρήση επικοινωνίας μέσω δορυφόρου

• Αυτός ο τρόπος επικοινωνίας έχει το πλεονέκτημα ότι η εγκατάσταση μπορεί να είναι αυτόνομη (να μην χρειάζεται δηλαδή να χρησιμοποιήσει τα δημόσια δίκτυα επικοινωνίας), να έχει ενσωματωμένη κωδικοποίηση και μπορεί να κατασκευαστεί με τη διαθεσιμότητα και την αξιόπιστα που απαιτείται από το διαχειριστή του συστήματος SCADA

53

Modbus -1

• Το Modbus είναι ένα πρωτόκολλο ανταλλαγής μηνυμάτων που αναπτύχθηκε από την Modicon το 1979. Χρησιμοποιείται για την επίτευξη master-slave/client-server επικοινωνίας μεταξύ ευφυών συσκευών

• Είναι ένα de facto πρότυπο, πραγματικά ανοιχτό και το πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο πρωτόκολλο δικτύου σε περιβάλλον βιομηχανικής παραγωγής

• Έχει τεθεί σε εφαρμογή σε χιλιάδες διαφορετικές συσκευές για τη μεταφορά διακριτών/ αναλογικών Ι/Ο και την εγγραφή δεδομένων μεταξύ συσκευών ελέγχου

54

Modbus -2

• Το Modbus είναι ένα πρωτόκολλο επιπέδου εφαρμογής ανταλλαγής μηνυμάτων που τοποθετείται στο επίπεδο 7 του μοντέλου OSI και παρέχει client / server επικοινωνία μεταξύ συσκευών που συνδέονται με διαφορετικούς τύπους μέσων σύνδεσης και δικτύων

• Οι κώδικες λειτουργίας του Modbus είναι στοιχεία του Modbus request/reply PDU’s (Protocol Data Unit)

55

Modbus -3

• Με απλά λόγια, είναι μια μέθοδος που χρησιμοποιείται για τη διαβίβαση πληροφοριών μέσω σειριακών γραμμών μεταξύ ηλεκτρονικών συσκευών

• Η συσκευή που ζητεί τις πληροφορίες ονομάζεται Modbus Master και οι συσκευές που παρέχουν πληροφορίες Modbus Slaves. Σε ένα τυπικό Modbus δίκτυο, υπάρχει ένας Master και μέχρι 247 Slaves, ο καθένας με μια μοναδική Slave διεύθυνση από 1 έως 247

• Το Master μπορεί επίσης, να στείλει πληροφορίες στους Slaves

56

Χρήσεις Modbus -1

Το Modbus χρησιμοποιείται σε πολλαπλές εφαρμογές master-slave:

• Για την παρακολούθηση και προγραμματισμό διαφόρων συσκευών

• Για την επικοινωνία μεταξύ ευφυών συσκευών με αισθητήρες και όργανα

• Για την παρακολούθηση των συσκευών πεδίου χρησιμοποιώντας Η/Υ και HMI’s

57

Χρήσεις Modbus -2

• Το Modbus είναι επίσης ιδανικό πρωτόκολλο για RTU εφαρμογές όπου απαιτείται ασύρματη επικοινωνία. Για αυτό το λόγο, έχει χρησιμοποιηθεί σε αναρίθμητες εφαρμογές σε υποσταθμούς φυσικού αερίου και πετρελαίου

• Δεν είναι μόνο ένα βιομηχανικό πρωτόκολλο. Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί σε εφαρμογές κατασκευών, υποδομών, μεταφορών και ενέργειας

58

Διάφοροι τύποι Modbus

• Υπάρχουν διάφοροι τύποι του πρωτοκόλλου Modbus. Ο πιο κοινός τύπος είναι το Modbus RTU που βασίζεται σε σειριακή επικοινωνία, όπως RS485 και RS232. Υπάρχει επίσης το πρωτόκολλο Modbus ASCII

• Σήμερα το πρωτόκολλο Modbus over Ethernet αυξάνεται σημαντικά. Λέγεται Modbus TCP και είναι βασικά το πρωτόκολλο Modbus RTU με ενσωματωμένα πακέτα TCP/IP. Είναι μια εξαιρετική επιλογή για να συνδέσετε συσκευές που χρησιμοποιούν για την επικοινωνία τους πρωτόκολλο Modbus με συστήματα SCADA ή PLC

59

Λειτουργία Modbus

Το πρωτόκολλο Modbus μεταδίδεται μέσω σειριακής γραμμής μεταξύ συσκευών. Η πιο απλή εγκατάσταση θα ήταν ένα σειριακό καλώδιο που συνδέει τις σειριακές θύρες δύο

συσκευών, μιας Master και μιας Slave

60

Σειριακή γραμμή

61

Επεξήγηση τρόπου διαβίβασης δεδομένων

• Τα δεδομένα διαβιβάζονται σαν σειρές από άσσους και μηδενικά και ονομάζονται bits. Κάθε bit αποστέλλεται ως τάση. Τα μηδενικά αποστέλλονται ως θετικές τάσεις και οι άσσοι ως αρνητικές

• Τα bits αποστέλλονται πολύ γρήγορα. Μια τυπική ταχύτητα μετάδοσης είναι 9600 baud (bit ανά δευτερόλεπτο)

62

Μέσα επικοινωνίας

Τα παρακάτω μέσα επικοινωνίας είναι τα πιο κοινά: • Σύνδεσμοι ραδίου (UHF και VHF) • Δημόσια δίκτυα τηλεφώνου • Κινητή τηλεφωνία • Μικροκύματα • Δίκτυα κεραιών τηλεόρασης • Δορυφορικοί σύνδεσμοι • Εταιρικά υπολογιστικά συστήματα επικοινωνιών

(WAN)

63

Μέσα επικοινωνίας

Σε μερικές περιπτώσεις συνηθίζεται και ο συνδυασμός αυτών των διαφορετικών μέσων που χρησιμοποιούνται για την διασφάλιση της υψηλής αξιοπιστίας των επικοινωνιών σε μία εγκατάσταση

64

Επιλογή μέσων επικοινωνίας

Η επιλογή των μέσων επικοινωνίας εξαρτάται από μερικούς σημαντικούς παράγοντες:

• Την απόσταση του εξοπλισμού της εγκατάστασης • Την απαιτούμενη αξιοπιστία των μέσων

επικοινωνίας • Τη διαθεσιμότητα των επιλογών επικοινωνίας • Το κόστος της κάθε επιλογής για μία

συγκεκριμένη εφαρμογή • Τη διαθεσιμότητα της ενέργειας

65

Κατηγοριοποίηση συστημάτων επικοινωνιών

Τα συστήματα επικοινωνιών που χρησιμοποιούνται στο SCADA συνήθως διαχωρίζονται σε δύο μέρη: σε δίκτυο μίας ευρείας περιοχής (WAN) και σε πολυάριθμα δίκτυα μίας περιορισμένης περιοχής (LANs). Η ενοποίηση μεταξύ των δύο μερών επιτυγχάνεται μέσω κάποιας μορφής multiplexing

66

Wide Area Network (WAN)

Το WAN συνδέει τον κεντρικό υπολογιστή με τις διατάξεις πολυπλεξίας σήματος. Αυτό μπορεί να είναι καλώδιο, ράδιο ή κάποιος δορυφόρος επικοινωνίας δεδομένων ανάλογα με την γεωγραφική κατανομή του SCADA συστήματος. Οι WAN συνδέσεις είναι γενικά διπλές (παρέχουν ταυτόχρονα μετάδοση δεδομένων και στις δύο κατευθύνσεις) και σχηματίζονται σε μορφή αστεριού ή κύκλου

67

Wide Area Network (WAN)

• Οι σχηματισμοί αστεριού ή κύκλου χρησιμοποιούνται για τους point-to-point συνδέσμους επικοινωνίας μεταξύ των διατάξεων πολυπλεξίας σήματος. Ο σχηματισμός του αστεριού δεν παρέχει WAN σύνδεση

• Ο σχηματισμός του κύκλου συνδέει γειτονικές διατάξεις και παρέχει εναλλακτικά μονοπάτια επικοινωνίας και οι σύνδεσμοι πρέπει να διαστασιολογούνται έτσι ώστε να μπορούν φέρουν όλη την σύνδεση WAN

68

Περίπτωση όπου δεν χρειάζεται το WAN

• Σε μερικές περιπτώσεις, το WAN δεν χρειάζεται. Ένα παράδειγμα είναι ένα απλό σύστημα SCADA όπου όλα τα RTU συνδέονται άμεσα με τον κεντρικό υπολογιστή μέσω μίας απλή multi-drop σύνδεσης επικοινωνίας

• Αυτά τα συστήματα επομένως περιέχουν αποτελεσματικά μόνο ένα RTU τοπικό δίκτυο

69

WAN σε σχηματισμό κύκλου

70

Διατάξεις πολυπλεξίας σήματος

• Γενικά, κάποια μορφή multiplexing απαιτείται για να συνδέει μία WAN σύνδεση με ένα τοπικό δίκτυο των RTU. Οι διατάξεις πολυπλεξίας σήματος επιτρέπουν τα διαφορετικά δεδομένα να μοιράζονται μία απλή σύνδεση δεδομένων

• Οι διατάξεις αυτές συνδυάζουν μονοπάτια επικοινωνίας από και προς τα πολλά RTUs μέσα σε μία απλή συνεχή ροή bit, συνήθως χρησιμοποιώντας time division multiplexing (TDM) ή άλλες απλές τεχνικές ροής bit

• Οι διατάξεις πολυπλεξίας σήματος πρέπει να μπορούν να συνδυάζουν την κίνηση από και προς δεκάδες ή και εκατοντάδες RTUs για την μετάδοση από το SCADA WAN

71

Βασική διάταξη πολυπλεξίας σήματος δεδομένων

72

Data router με point-to-multipoint radio

Μία απλή μορφή διάταξης πολυπλεξίας σήματος είναι η χρήση ενός traffic router δεδομένων με ένα point-to-multipoint ράδιο, όπως φαίνεται στο κάτωθι σχήμα. Στο διάγραμμα, το LR αναφέρεται στο τοπικό ράδιο, το PMR στο Point to Multipoint Radio και ROUT σε ένα data router

73

Data router με point-to-multipoint radio

74

Διατάξεις πολυπλεξίας σήματος

• Η διάταξη πολυπλεξίας σήματος μπορεί από μόνη της να είναι μία SCADA συσκευή επεξεργασίας που διαχειρίζεται το τοπικό δίκτυο και δεν συνδυάζει μόνο τα δεδομένα, αλλά επίσης μειώνει το ποσοστό των δεδομένων που πρέπει να ανταλλάξει με τον κεντρικό υπολογιστή

• Το σύστημα SCADA μπορεί να επεξεργάζεται το δέντρο του δικτύου με πολλαπλά ιεραρχικά επίπεδα των multiplexer processors, όπως φαίνεται στο κάτωθι σχήμα

75

SCADA δίκτυο με multiple MUX επίπεδα

76

Τοπικά δίκτυα

• Τα τοπικά δίκτυα συνδέουν τα RTU με τις διατάξεις πολυπλεξίας σήματος, ή άμεσα με τον κεντρικό υπολογιστή του SCADA αν δεν υπάρχει ανάγκη για σύνδεση WAN

• Όπως το WAN, το τοπικό δίκτυο μπορεί να περιέχει καλώδια, ράδιο ή συνδέσεις επικοινωνίας δορυφόρου για τα δεδομένα ανάλογα με την γεωγραφική κατανομή του SCADA συστήματος. Οι συνδέσεις μπορεί να είναι ιδιωτικές ή να νοικιάζονται από μία εταιρεία τηλεφωνίας

77


• Ένας κοινός σχηματισμός τοπικού δικτύου βασίζεται στο point-to-multipoint ράδιο. Οι ράδιο συνδέσεις είναι γενικά ημίδιπλες ή μονές, και οι δύο εκ των οποίων επιτρέπουν μετάδοση σε μία μόνο κατεύθυνση οποιαδήποτε στιγμή

• Οι ημίδιπλες συνδέσεις χρησιμοποιούν διαφορετικές συχνότητες σε κάθε κατεύθυνση, και τα μονά δίκτυα χρησιμοποιούν μία απλή συχνότητα. Το τοπικό δίκτυο μπορεί επίσης να είναι ένα LAN ή multidrop κύκλωμα

78


Τα περισσότερα τοπικά δίκτυα χρησιμοποιούν έναν λογικό bus σχηματισμό. Στον bus σχηματισμό, όλοι οι σταθμοί μοιράζονται ένα κοινό μέσο μετάδοσης και πρέπει να χρησιμοποιεί κάποια μορφή πρωτοκόλλου δικτύου πρόσβασης

79

Πρωτόκολλα επικοινωνίας

• Τα πρωτόκολλα επικοινωνίας καθορίζουν τη μέθοδο από την οποία τα δεδομένα μεταδίδονται μέσω του συνδέσμου επικοινωνίας. Εφόσον η συσκευή μετάδοσης ακολουθεί ένα προκαθορισμένο σετ κανόνων για την αποστολή των δεδομένων, η συσκευή στην υποδοχή είναι ικανή να διευκολύνει το σήμα μέσα στα δεδομένα

• Για παράδειγμα, ένα πρωτόκολλο θα καθορίσει τις πληροφορίες όπως το μήκος του χρόνου που κάθε πακέτο δεδομένων χρειάζεται, το μέγεθος του σήματος και τον απαιτούμενο προορισμό για τα δεδομένα

80

Ανοιχτά συστήματα

• Ένα ανοιχτό σύστημα είναι αυτό που επιτρέπει τις επικοινωνίες μεταξύ διαφορετικών τύπων συσκευών. Τα ιδιόκτητα συστήματα είναι εξ’ ορισμού κλειστά και επιτρέπουν επικοινωνίες μόνο μεταξύ των συσκευών ίδιου τύπου

• Τα ανοιχτά συστήματα αποφεύγουν τα μειονεκτήματα που σχετίζονται με την χρήση των ιδιόκτητων συστημάτων, όπως η πλήρης εξάρτηση στον πωλητή και έλλειψη πληροφοριών για τις λειτουργίες του πρωτοκόλλου

• Παρόλα αυτά, για να κατανοηθούν τα πλεονεκτήματα των ανοιχτών συστημάτων, απαιτούνται λεπτομερή πρότυπα πρωτοκόλλων επικοινωνιών για να προσδιορίσουν όλες τις πλευρές της αλληλεσύνδεσης μεταξύ υπολογιστών και των άλλων συσκευών

81

Κεντρικός σταθμός

• Ο κεντρικός υπολογιστής ή ο κεντρικός σταθμός είναι ένας υπολογιστής ή ένα δίκτυο server υπολογιστή που παρέχουν μία κοινή βάση μεταξύ ανθρώπου και υπολογιστή για το σύστημα SCADA

• Οι υπολογιστές επεξεργάζονται τις πληροφορίες που δέχονται και στέλνονται στις εγκαταστάσεις RTU και εμφανίζονται στον χρήστη σε μία μορφή που μπορούν να τις επεξεργαστούν

• Οι τερματικοί σταθμοί συνδέονται με τον κεντρικό υπολογιστή από ένα δίκτυο υπολογιστών έτσι ώστε τα σχετικά δεδομένα να μπορούν να εμφανιστούν στους χρήστες

82

Υψηλής ανάλυσης γραφικά που παρέχονται από τα SCADA

Τα πρόσφατα SCADA συστήματα είναι ικανά να προσφέρουν γραφικά υψηλής ανάλυσης για να παρουσιάσουν μία εικόνα των εγκαταστάσεων. Το ακόλουθο σχήμα, παρουσιάζει τους τύπους των απεικονίσεων που προσφέρονται από τα περισσότερα SCADA συστήματα

83

Τύπος απεικονίσεων SCADA συστημάτων

84

Λειτουργικά συστήματα SCADA

• Ιστορικά, οι πωλητές των SCADA συστημάτων πρόσφεραν ιδιωτικά λειτουργικά συστήματα, hardware, και software που ήταν γενικά ασύμβατα με άλλα συστήματα SCADA

• Η επέκταση των συστημάτων απαίτησε μία περισσότερη συμβατότητα με το αυθεντικό SCADA. Οι πλατφόρμες του κεντρικού υπολογιστή είχαν μία UNIX-based αρχιτεκτονική και το δίκτυο υπολογιστών αφαιρέθηκε από κάθε υπολογιστή γραφείου

85

Σύνδεση SCADA με Η/Υ γραφείου

• Παρόλα αυτά, με την αυξημένη χρήση των προσωπικών υπολογιστών, η δικτυοποίηση των υπολογιστών έγινε πιο κοινή σε κάθε χώρο γραφείου και σαν αποτέλεσμα τα SCADA συστήματα είναι τώρα διαθέσιμα να μπορούν να συνδεθούν σε δίκτυο με τους προσωπικούς υπολογιστές γραφείων

• Αυτό άνοιξε μία μεγάλη ποικιλία δυνατοτήτων για την σύνδεση των SCADA συστημάτων με τις εφαρμογές γραφείου όπως τα GIS συστήματα, τα συστήματα διαχείρισης σχεδιασμού, τα συστήματα προγραμματισμού της εργασίας και τις βάσεις δεδομένων των πληροφοριών

86

Κανάλια επικοινωνίας SCADA

• Για τα συστήματα SCADA μίας παροχής νερού, μερικοί χειριστές θα απαιτούσαν ταυτόχρονη πρόσβαση στον κεντρικό υπολογιστή του SCADA για να βλέπουν την απόδοση του συστήματος

• Τα SCADA συστήματα συχνά σχεδιάζονται για να διευκολύνουν αυτή την απαίτηση περιλαμβάνοντας κανάλια επικοινωνίας μεταξύ του κεντρικού υπολογιστή και των απομακρυσμένων σταθμών εργασίας

87

Σταθμοί εργασίας

• Οι σταθμοί εργασίας είναι οι τερματικοί σταθμοί υπολογιστών που είναι συνδεδεμένοι με τον κεντρικό υπολογιστή του συστήματος SCADA

• Ο κεντρικός υπολογιστής ενεργεί σαν ένας server για την SCADA εφαρμογή και οι τελικοί σταθμοί είναι οι πελάτες που απαιτούν και στέλνουν πληροφορίες στον κεντρικό υπολογιστή βάσει της ζήτησης και την δράσης των χειριστών

88

SCADA LAN’s -1

• Το σύστημα επικοινωνιών μεταξύ του κεντρικού υπολογιστή και των τερματικών σταθμών είναι ένα δίκτυο τοπικής εμβέλειας

• Τα SCADA LAN’s επιτρέπουν πολλαπλούς χρήστες σε μία μικρή σχετικά γεωγραφική περιοχή να ανταλλάσουν αρχεία και μηνύματα, καθώς και να έχουν πρόσβαση σε κοινές πηγές, όπως ο κεντρικός υπολογιστής

89

SCADA LAN’s -2

Ιστορικά, τα SCADA LAN’s είναι εξειδικευμένα δίκτυα, παρόλα αυτά με την αυξημένη ανάπτυξη των LAN’s των γραφείων και των Wide Area Networks (WAN’s) σαν μία λύση για δικτύωση εντός των γραφείων, υπάρχει η δυνατότητα για ενσωμάτωση των SCADA LAN’s με τα δίκτυα υπολογιστών των γραφείων

90

Οφέλη διευθέτησης

• Το πιο σημαντικό πλεονέκτημα γι’ αυτή την διευθέτηση είναι ότι δεν υπάρχει ανάγκη για επένδυση ενός ξεχωριστού δικτύου υπολογιστών για τους τερματικούς σταθμούς του SCADA

• Επιπλέον, υπάρχει ένα εύκολο μονοπάτι για την ενσωμάτωση των δεδομένων SCADA με τις ήδη υπάρχουσες εφαρμογές γραφείου, όπως τα spread-sheets, τα συστήματα διαχείρισης της εργασίας, τις βάσεις δεδομένων, τα GIS συστήματα και τα συστήματα μοντελοποίησης της διανομής του νερού

91

Μειονεκτήματα SCADA LAN’s τερματικών σταθμών

Παρόλα αυτά, υπάρχουν μερικά μειονεκτήματα που θα πρέπει να ληφθούν υπόψη με τα SCADA LAN’s των τερματικών σταθμών στα LAN’s των γραφείων:

• Τα εταιρικά δίκτυα συχνά υποστηρίζονται μόνο κατά την διάρκεια λειτουργίας των γραφείων ενώ τα SCADA LAN’s συχνά απαιτούνται 24 ώρες την ημέρα, 7 ημέρες την εβδομάδα

• Οι σύνδεσμοι επικοινωνίας που σχετίζονται με το SCADA θα μπορούσαν να παρουσιάζουν μία ασφάλεια της δικτύωσης στο εταιρικό δίκτυο υπολογιστών επειδή μερικοί σύνδεσμοι μπορεί να παρακάμπτουν τις συνηθισμένες προφυλάξεις ασφάλειας των δικτύων του γραφείου

92

Μειονεκτήματα SCADA LAN’s τερματικών σταθμών

• Κατά την διάρκεια λειτουργίας των γραφείων, η κίνηση των δεδομένων στο δίκτυο που σχετίζονται με το εταιρικό δίκτυο μπορεί να επιβραδύνει σημαντικά την δικτύωση των χρηστών του SCADA

• Η κίνηση του δικτύου SCADA που δημιουργείται κατά τις διαδικασίες έκτακτης ανάγκης μπορεί να επιβραδύνει σημαντικά το εταιρικό δίκτυο των υπολογιστών

• Η διασύνδεση του SCADA συστήματος με το LAN του γραφείου παρέχει τρόπους για τους hackers να επέμβουν στην λειτουργία του συστήματος

93

Συστήματα κατανεμημένου ελέγχου (DCS)

• Συστήματα όμοια με τα συστήματα SCADA μπορεί να δει κανείς σε βιομηχανίες, εγκαταστάσεις επεξεργασίας κλπ. Αυτά αναφέρονται συχνά ως συστήματα κατανεμημένου έλεγχου (DCS)

• Το DCS ορίζεται ως ένας σύστημα το οποίο ενώ είναι λειτουργικά ενιαίο, αποτελείται από υποσυστήματα που μπορεί να είναι στη φυσική τους μορφή ξεχωριστά και απομακρυσμένα μεταξύ τους

94

Σύγκριση SCADA και DCS

• Το DCS έχει όμοιες λειτουργίες με αυτές των συστημάτων SCADA αλλά το πεδίο συλλογής δεδομένων (οι μονάδες έλεγχου) βρίσκονται συνήθως σε μία πιο περιορισμένη περιοχή

• Η επικοινωνία μπορεί να γίνεται μέσω τοπικού δικτύου (LAN) και είναι γρήγορη και αξιόπιστη. Ένα σύστημα DCS συνήθως περιλαμβάνει έλεγχο κλειστού βρόχου

• Τα συστήματα SCADA από την άλλη, συνήθως καλύπτουν μεγαλύτερες γεωγραφικές εκτάσεις και βασίζονται περισσότερο σε μία ποικιλία συστημάτων επικοινωνίας τα οποία είναι συνήθως λιγότερο αξιόπιστα από το τοπικό δίκτυο (LAN). Ο έλεγχος κλειστού βρόγχου είναι λιγότερο επιθυμητός σε αυτές τις περιπτώσεις

95


• Οι στόχοι των συστημάτων SCADA και DCS είναι διαφορετικοί. Είναι δυνατό για ένα σύστημα να είναι ικανό να εκτελεί και SCADA και DCS λειτουργίες, αλλά πολύ λίγα συστήματα έχουν σχεδιαστεί με τον τρόπο αυτό

96


• Τα DCS συστήματα είναι προσανατολισμένα στον έλεγχο διεργασιών. Το σημαντικό γι αυτά είναι η διεργασία, ενώ η παρουσίαση των δεδομένων στο χειριστή είναι απλά ένα μέρος της λειτουργίας τους. Τα SCADA είναι προσανατολισμένα στην συλλογή των δεδομένων. Το σημαντικό γι αυτά είναι το κέντρο ελέγχου και οι χειριστές του

• Ο απομακρυσμένος εξοπλισμός (RTU’s) βρίσκεται εκεί όσον αφορά το SCADA, μόνο για να παρέχει πληροφορίες – ανεξάρτητα με το αν εκτελεί πολύπλοκες λειτουργίες ελέγχου ή αν είναι μέρος του DCS συστήματος

97


• Το SCADA μπορεί να λειτουργεί σε ένα πιθανόν αργό και μη αξιόπιστο δίκτυο, και να διατηρεί μια βάση δεδομένων με παρελθούσες τιμές, τις οποίες μπορεί να προβάλλει κατ’ απαίτηση του χειριστή

• Επιπλέον μπορεί να χρειάζεται να αξιολογεί τα δεδομένα και να αποφασίζει αν η πληροφορία είναι χρήσιμη ή περιττή. Αντίθετα, το DCS σύστημα είναι πάντα συνδεδεμένο στην πηγή πληροφοριών του, οπότε δεν χρειάζεται συνήθως παρελθόντα δεδομένα, ενώ η πληροφορία που λαμβάνει επεξεργάζεται πάντα και δε θεωρείται ποτέ περιττή

98


• Οι διαφορές αυτές οδηγούν σε διαφορετική σχεδιαστική φιλοσοφία των δύο συστημάτων. Τα SCADA απαιτούν μεγαλύτερη πολυπλοκότητα στο χειρισμό και την συλλογή των δεδομένων, ενώ τα DCS στις λειτουργίες ελέγχου διεργασιών και βρόχων

99


• Μια ακόμα βασικότατη διαφορά στο επίπεδο ελέγχου που ασκείται από τα συστήματα των δύο τύπων, σχετίζεται με την αντιμετώπιση της πληροφορίας από τα εν λόγω συστήματα

• Δηλαδή το SCADA είναι οδηγούμενο από γεγονότα, ενώ το DCS από καταστάσεις. Το DCS ενδιαφέρεται για την πρόοδο της διαδικασίας, ενώ το SCADA για τα γεγονότα που προκύπτουν από αυτήν

100

Συμπέρασμα σύγκρισης SCADA και DCS

• Συμπερασματικά μπορούμε να πούμε ότι τα συστήματα SCADA και DCS είναι διαφορετικά σχεδιασμένα και εφαρμόζονται κάτω από διαφορετικές απαιτήσεις, ενώ βέβαια πολύ συχνά οι απαιτείται ο συνδυασμός και η συνεργασία τους

• Αυτό που πρέπει όμως να σημειωθεί από την ανάλυση της παραγράφου αυτής είναι ότι το σύστημα SCADA δεν εκτελεί έλεγχο της προόδου της διεργασίας, αλλά καταγράφει και εποπτεύει τις καταστάσεις της, και τα γεγονότα που προκύπτουν από αυτές

101

SCADA και HMI

Η διασύνδεση ανθρώπου μηχανής (human machine interface - ΗΜΙ) είναι το όργανο το οποίο παρουσιάζει δεδομένα από κάποια διεργασία σε έναν χειριστή και μέσω αυτής, ο χειριστής έχει τη δυνατότητα να ελέγξει και να εποπτεύσει τη διεργασία

102

Συστήματα HMI

• Τα συστήματα ΗΜΙ (Human-Machine Interface) αποτελούν το μέρος της λειτουργίας των SCADA που αλληλεπιδρά με τον τελικό χρήστη, δηλαδή του χειριστή του συστήματος

• Συνήθως αποτελούνται από μια οπτική απεικόνιση της διεργασίας, πάνω στην οποία εμφανίζονται τιμές μεταβλητών, καταστάσεις ή και διαγράμματα. Ακόμη τα συστήματα αυτά επιτρέπουν την κατ’ απαίτηση εμφάνιση ιστορικών των μεταβλητών, ειδικών διαγραμμάτων κτλ.

103

Συστήματα HMI • Οι πληροφορίες αυτές αντλούνται από τη βάση

δεδομένων του συστήματος SCADA, γι’ αυτό όπως είναι κατανοητό τα συστήματα SCADA και HMI είναι αλληλένδετα συνδεδεμένα μεταξύ τους και για το λόγο αυτό συχνά δεν διαχωρίζονται

• Στην πραγματικότητα βέβαια οι περισσότεροι κατασκευαστές συστημάτων SCADA ενσωματώνουν την δυνατότητα ανάπτυξης HMI εφαρμογών στις υπηρεσίες ή τα πακέτα SCADA τους. Η ουσία είναι όμως ότι μια εφαρμογή HMI μπορεί να κατασκευαστεί ανεξάρτητα από των πυρήνα καταγραφής ενός SCADA ώστε να αντλεί πληροφορίες από αυτό και να το χρησιμοποιεί για να διεξάγει τον απαραίτητο έλεγχο

104

Συστήματα HMI • Όπως αναφέρθηκε το ΗΜΙ συνήθως χρησιμοποιεί

γραφικό τρόπο για την παρουσίαση των πληροφορούν στο χειριστή. Αυτό σημαίνει ότι ο χειριστής μπορεί να δει σχηματική παρουσίαση της διεργασίας η οποία ελέγχεται

• Για παράδειγμα, η εικόνα μιας αντλίας η οποία επικοινωνεί με ένα σωλήνα, μπορεί να δείξει ότι η αντλία δουλεύει καθώς και πόσο υγρό αντλεί από το σωλήνα τη στιγμή αυτή. Ο χειριστής μπορεί στη συνέχεια να κλείσει την αντλία. Στο σύστημα ΗΜΙ υπάρχουν διάφορα γραφικά στοιχεία τα οποία χρησιμοποιούνται για να απεικονίσουν τα διάφορα στοιχεία της διάταξης προς έλεγχο

105

HMI πακέτο • Το ΗΜΙ πακέτο για το σύστημα SCADA, περιλαμβάνει

ένα σχεδιαστικό πρόγραμμα, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιήσει ο χειριστής η ο συντηρητής του συστήματος ώστε να αλλάξει τον τρόπο με τον οποίο οι διάφορες μεταβλητές παρουσιάζονται στο σύστημα

• Αυτή η απεικόνιση της διαδικασίας, μπορεί να είναι εξαιρετικά απλή (όπως το να προβάλλεται ένα φανάρι στο σύστημα SCADA το οποίο αντιπροσωπεύει την κατάσταση ΟΝ ή ΟFF) ενός πραγματικού φαναριού στην ελεγχόμενη διάταξη, ή ιδιαίτερα σύνθετη (όπως η απεικόνιση της θέσης όλων των ανελκυστήρων ένας ουρανοξύστη ή όλων των τραίνων σε ένα σιδηρόδρομο)

106

Στο σχήμα απεικονίζεται μία ΗΜΙ εφαρμογή της Ellipse Software για την εποπτεία υδραγωγείου

107

HMI εφαρμογή για την επόπτευση υδραγωγείου

Διαχείριση συναγερμών

• Ένα σημαντικό μέρος των περισσότερων εφαρμογών SCADA είναι η διαχείριση συναγερμών

• Το σύστημα παρακολουθεί κατά πόσο ορισμένες συνθήκες συναγερμού (Alarm) είναι ικανοποιημένες, ώστε να προσδιορίσει πότε ένα συμβάν συναγερμού έχει συμβεί

108


• Μόλις ένα τέτοιο συμβάν εντοπιστεί, πραγματοποιούνται μία ή περισσότερες ενέργειες, όπως η ενεργοποίηση ενός η περισσότερων ενδείξεων κινδύνου (alarm) ή ίσως η δημιουργία ενός e-mail ή μηνύματος κειμένου για την ειδοποίηση του αρμόδιου προσωπικού

• Σε πολλές περιπτώσεις, ο χειριστής του SCADA πρέπει να αναγνωρίσει το γεγονός συναγερμού ώστε π.χ. να σταματήσει η σειρήνα συναγερμού (που ενεργοποιείται σε σοβαρές κυρίως βλάβες) ή να σταματήσουν κάποιες ενδείξεις του συναγερμού. Ωστόσο, για να σταματήσουν τελείως όλες οι ενδείξεις συναγερμού, θα πρέπει η αιτία ενεργοποίησης του να μην υπάρχει πλέον

109


Οι προϋποθέσεις ενεργοποίησης ενός συναγερμού μπορεί να είναι άμεσες ή έμμεσες

• Άμεσες για παράδειγμα, είναι όταν η μεταβλητή ενεργοποίησης ενός συναγερμού είναι μία ψηφιακή μεταβλητή (Boolean), η οποία υπολογίζεται με κάποιο αλγόριθμο και η τιμή της εξαρτάται από άλλες αναλογικές ή ψηφιακές μεταβλητές

• Έμμεσες είναι όταν, για παράδειγμα, το σύστημα SCADA παρακολουθεί αυτόματα εάν η τιμή μιας αναλογικής μεταβλητής βρίσκεται έξω από κάποια όρια τα οποία έχουν οριστεί μαζί με την μεταβλητή

110


• Παραδείγματα ενδείξεων συναγερμού είναι: η ενεργοποίηση μιας σειρήνας, εμφάνιση παραθύρων στην οθόνη του SCADA τα οποία ενημερώνουν τον χειριστή για το συναγερμό, κάποιες ενδείξεις που αλλάξουν χρώμα όταν υπάρξει κάποιο γεγονός συναγερμού κλπ.

• Σε κάθε περίπτωση, ο ρόλος της ένδειξης ενός συναγερμού, είναι να τραβήξει την προσοχή του χειριστή στα σημεία της ελεγχόμενος διεργασίας στην οποία βρίσκεται ο συναγερμός, ώστε να ληφθούν τα κατάλληλα μέτρα

111


Κατά το σχεδιασμό των συστημάτων SCADA, πρέπει να ληφθεί μέριμνα, όταν μία σειρά συναγερμών εμφανίζονται σε μικρό χρονικό διάστημα, αλλιώς, το πραγματικό αίτιο του προβλήματος (το οποίο μπορεί να μυν είναι το πρώτο που θα εμφανιστεί στην οθόνη), μπορεί να χαθεί μέσα στων πανικό που συνήθως καταλαμβάνει τον χειριστή

112

Συστήματα λογισμικού

Μία σημαντική πλευρά κάθε συστήματος SCADA είναι το λογισμικό του υπολογιστή που χρησιμοποιείται μέσα στο σύστημα. Το πιο προφανές εργαλείο λογισμικού είναι η κοινή επιφάνεια του χρήστη ή το πακέτο MMI/HMI (Man Machine Interface/Human Machine Interface)

113

Συστήματα λογισμικού

• Παρόλα αυτά, λογισμικά κάποιας μορφής κυριαρχούν σε όλα τα επίπεδα ενός SCADA συστήματος. Ανάλογα με το μέγεθος και την φύση της εφαρμογής SCADA, το λογισμικό μπορεί να είναι ένα σημαντικό κόστος όταν αναπτύσσει, συντηρεί και επεκτείνει ένα SCADA σύστημα

• Όταν το λογισμικό είναι καλά ορισμένο, σχεδιασμένο και ελεγμένο, είναι πιθανό να παραχθεί ένα επιτυχημένο σύστημα SCADA

• Οι χαμηλές αποδόσεις σε κάθε φάση αυτών των projects είναι πολύ εύκολο να δημιουργήσουν αποτυχία για το SCADA

114

Ιδιόκτητα λογισμικά SCADA • Πολλά συστήματα SCADA χρησιμοποιούν ιδιόκτητα

λογισμικά πάνω στα οποία αναπτύσσεται το SCADA σύστημα. Το ιδιόκτητο λογισμικό συχνά διαμορφώνεται για μία συγκεκριμένη πλατφόρμα hardware και μπορεί να μην συνδέεται με το λογισμικό ή το hardware που κατασκευάζεται από άλλες εταιρείες

• Μία μεγάλη ποικιλία από off-the-shelf (COTS) προϊόντα λογισμικού είναι επίσης διαθέσιμα, μερικά από τα οποία είναι κατάλληλα για την απαιτούμενη εφαρμογή. Το COTS λογισμικό συνήθως είναι ευέλικτο, και μπορεί να συνδέεται με διαφορετικούς τύπους λογισμικού και hardware

115

Ιδιόκτητα λογισμικά SCADA

• Γενικά, ο στόχος για τα ιδιόκτητα λογισμικά είναι η λειτουργικότητα των διαδικασιών και του ελέγχου, ενώ τα COTS λογισμικά δίνουν έμφαση στην συμβατότητα με μία ποικιλία εξοπλισμού και συσκευών

• Είναι επομένως σημαντική η διασφάλιση ότι έχει γίνει ο κατάλληλος σχεδιασμός για την επιλογή των κατάλληλων συστημάτων λογισμικού για κάθε νέο σύστημα SCADA

116

Χρήση προϊόντων λογισμικού

Τέτοια προϊόντα λογισμικού χρησιμοποιούνται για τα ακόλουθα μέρη ενός SCADA συστήματος:

• Λειτουργικό σύστημα κεντρικού υπολογιστή: Το λογισμικό που χρησιμοποιείται για τον έλεγχο του hardware του κεντρικού υπολογιστή. Το λογισμικό μπορεί να βασίζεται σε UNIX ή άλλα δημοφιλή λειτουργικά συστήματα

• Λειτουργικό σύστημα τερματικού σταθμού: Το λογισμικό που χρησιμοποιείται για το hardware του κεντρικού συστήματος. Το λογισμικό είναι συνήθως ίδιο με αυτό του λειτουργικού συστήματος του κεντρικού υπολογιστή. Αυτό το λογισμικό, μαζί με αυτό του κεντρικού υπολογιστή συνήθως συνεισφέρει στην δικτύωση του κεντρικού υπολογιστή με τους τερματικούς σταθμούς

117


• Εφαρμογή κεντρικού υπολογιστή: Το λογισμικό που χειρίζεται την μετάδοση και την υποδοχή των δεδομένων από και προς τα RTU’s και τον κεντρικό υπολογιστή. Το λογισμικό επίσης παρέχει την γραφική επιφάνεια όπου προσφέρει τις απεικονίσεις, και διάφορες λειτουργίες ελέγχου

• Εφαρμογή τερματικού σταθμού: Η εφαρμογή που επιτρέπει στους χρήστες την πρόσβαση σε διαθέσιμες πληροφορίες στην εφαρμογή του κεντρικού υπολογιστή. Είναι συνήθως ένα μέρος του λογισμικού που χρησιμοποιείται στους κεντρικούς υπολογιστές

118


• Drivers του πρωτοκόλλου επικοινωνιών: Λογισμικό που συνήθως βασίζεται στον κεντρικό υπολογιστή και στα RTU’s, και απαιτείται για τον έλεγχο την μετάφρασης και της ερμηνείας των δεδομένων μεταξύ των τελικών σημείων των συνδέσμων επικοινωνίας στο σύστημα

• Λογισμικό διαχείρισης του δικτύου επικοινωνιών: Το λογισμικό που απαιτείται για τον έλεγχο του δικτύου επικοινωνιών και επιτρέπει στα δίκτυα επικοινωνιών να ελέγχονται μόνα τους για πιθανά σφάλματα και για την απόδοσή τους

• Λογισμικό RTU αυτοματισμού: Λογισμικό που επιτρέπει στο μηχανολογικό προσωπικό να σχηματίσει και να συντηρήσει την εφαρμογή που βρίσκεται στα RTU’s (ή τα PLC’s)

119

Παροχή προϊόντων λογισμικού

Τα προηγούμενα προϊόντα λογισμικού παρέχουν τα κατασκευαστικά κομμάτια για συγκεκριμένα λογισμικά, τα οποία πρέπει να καθοριστούν, να σχεδιαστούν να ελεγχθούν και να αναπτυχθούν για κάθε SCADA σύστημα

120

Μηχανισμοί απόκτησης δεδομένων

• Η απόκτηση δεδομένων μέσα στα SCADA συστήματα εκτελείται πρώτα από τις συσκευές ελέγχου των RTU που συνδέονται με το RTU. Ο χρόνος για την διεξαγωγή αυτής της διαδικασίας ονομάζεται διάστημα σκαναρίσματος και μπορεί να είναι γρηγορότερος από δύο δευτερόλεπτα

• Ο κεντρικός υπολογιστής σκανάρει τα RTU’s για να έχει πρόσβαση στα δεδομένα σε μία διαδικασία που ονομάζεται polling των RTU’s

• Μερικά συστήματα επιτρέπουν το RTU να μεταδίδει τιμές και alarms στον κεντρικό υπολογιστή χωρίς να περάσει την διαδικασία polling. Αυτός ο μηχανισμός είναι γνωστός και ως unsolicited messaging

121

Επεξεργασία δεδομένων

Τα δεδομένα χωρίζονται σε τρεις κύριους τύπους:

• Αναλογικά δεδομένα (πραγματικοί αριθμοί) • Ψηφιακά δεδομένα (on/off) • Pulse δεδομένα

122

Επεξεργασία δεδομένων

• Η κύρια επιφάνεια επαφής στον χειριστή από τον τελικό χειριστή είναι μία γραφική επιφάνεια επαφής (GUI) που απεικονίζει μία εικόνα της εγκατάστασης ή του εξοπλισμού σε γραφική μορφή. Παρουσιάζονται ζωντανά δεδομένα σαν γραφικά σχήματα σε ένα στατικό περιβάλλον. Καθώς τα δεδομένα αλλάζουν, τα γραφικά σχήματα αναβαθμίζονται

• Για παράδειγμα, μία βαλβίδα μπορεί να παρουσιάζεται ανοιχτή ή κλειστή, ανάλογα με την τελευταία ψηφιακή τιμή. Οι πιο πρόσφατες αναλογικές τιμές εμφανίζονται στις οθόνες σαν αριθμητικές τιμές ή σαν κάποια φυσική αναπαράσταση. Τα alarms παρουσιάζονται στην οθόνη με κάποια κόκκινα σχήματα πάνω από κάθε σχετική συσκευή. Το σύστημα μπορεί να έχει πολλές τέτοιες απεικονίσεις και ο χειριστής μπορεί να διαλέξει όποια θέλει κάθε φορά

123

Επεξεργασία δεδομένων • Τα δεδομένα επεξεργάζονται για να εντοπίσουν τις alarm

συνθήκες, και αν ένα alarm εμφανίζεται, αυτό απεικονίζεται από ένα λογισμικό που τρέχει στον κεντρικό υπολογιστή. Οποιαδήποτε ανώμαλη συνθήκη εντοπίζεται καταγράφεται από τον κεντρικό υπολογιστή σαν alarm, και οι χειριστές ειδοποιούνται συνήθως από μία ακουστική σήμανση και από οπτικά σήματα στους τελικούς υπολογιστές

• Οι χειριστές μπορούν να ερευνήσουν της αιτία που προκάλεσε το alarm χρησιμοποιώντας το σύστημα SCADA. Επίσης τα διάφορα alarms που καταγράφηκαν αποθηκεύονται σε ένα αρχείο μαζί με το όνομα του χειριστή που τα εντόπισε για περαιτέρω έρευνα βάσει των απαιτήσεων ελέγχου

124

Προβλήματα ελέγχου

Τα SCADA συστήματα επικοινωνιών μπορούν να αναπτυχθούν σε μία μεγάλη γεωγραφική περιοχή και γι’ αυτό τον λόγο αναμένεται ότι η διαθεσιμότητα του συνδέσμου επικοινωνιών και η ταχύτητα να είναι χαμηλότερες από τις συνηθισμένες μεταξύ ενός υπολογιστή και ενός PLC μέσω ενός Ethernet LAN

125


• Τα συστήματα ελέγχου που συνήθως χρησιμοποιούνται σε εγκαταστάσεις επεξεργασίας νερού ή λυμάτων είναι παραδείγματα όπου χρησιμοποιούνται τα Ethernet LANs σαν βάσεις επικοινωνιών

• Τα συστήματα ελέγχου είναι παρόμοια με τα συστήματα SCADA αλλά περισσότερο σχετίζονται με εκείνα τα συστήματα που αναπτύσσονται για εφαρμογές σε εργοστάσια. Αυτά συχνά αναφέρονται σαν Distributed Control Systems (DCS) και όπως ήδη εξηγήθηκε παρέχουν παρόμοιες λειτουργίες με τα συστήματα SCADA, αλλά οι συσκευές δεδομένων συνήθως τοποθετούνται σε ορισμένη γεωγραφική περιοχή

126


• Οι επικοινωνίες LAN συνήθως παρουσιάζουν διαθεσιμότητα 99.98%, με μεγαλύτερο εύρος από αυτές σε ένα σύστημα SCADA

• Ένα DCS σύστημα επίσης συνήθως χρησιμοποιεί ένα σημαντικό ποσοστό απομακρυσμένου loop ελέγχου, όπου η απαιτούμενη τιμή μίας μεταβλητής υπολογίζεται βάσει της τροφοδοσίας που δέχεται από μία μετρούμενη μεταβλητή

• Στην περίπτωση των DCS συστημάτων, αυτός ο υπολογισμός συχνά διεξάγεται στον κεντρικό υπολογιστή

127


Συγκριτικά, ο loop έλεγχος που απαιτείται για να λειτουργήσει ένας απομακρυσμένος σταθμός μία αντλίας για παράδειγμα, τοποθετείται μέσα σε μία τοπική συσκευή ελέγχου η οποία υπολογίζει την απαιτούμενη τιμή της μεταβλητής τοπικά και επομένως ξεχωριστά από τον κεντρικό υπολογιστή

128

Για παράδειγμα, ας θεωρήσουμε μία θέση βαλβίδας βάσει ενός επιπέδου νερού σε ένα ντεπόζιτο. Το σχήμα, απεικονίζει ένα συνηθισμένο πρόβλημα ελέγχου

129

Θέση βαλβίδας βάσει ενός επιπέδου νερού


• Ας θεωρήσουμε σε αυτή τη περίπτωση ότι η θέση της βαλβίδας εξαρτάται από το επίπεδο νερού στο ντεπόζιτο. Ένας χειριστής μπορεί να ελέγχει την διαδικασία από ένα Set Point, το οποίο είναι το επιθυμητό επίπεδο στο οποίο η δεξαμενή πρέπει να μείνει

• Όταν το επίπεδο αποκλίνει από το επίπεδο του Set Point, ο ελεγκτής εντοπίζει την απόκλιση και στέλνει ένα σήμα στην βαλβίδα για να κινηθεί για να μειώσει το σφάλμα. Το επίπεδο της δεξαμενής παρακολουθείται συνεχώς για να επιτρέπει στον ελεγκτή να ισορροπήσει την θέση της βαλβίδας

130


Στις εγκαταστάσεις των DCS συστημάτων, είναι σύνηθες για αυτόν τον ελεγκτή να ανήκει στον κεντρικό υπολογιστή. Το σύστημα επικοινωνίας που συνδέεται με το τοπικό RTU και τον κεντρικό υπολογιστή είναι γρήγορο και αξιόπιστο και είναι εύκολο να τοποθετεί τον όγκο της ενέργειας του υπολογιστή σε μία συγκεντρωτική τοποθεσία

131


• Αντίθετα, τα SCADA συστήματα γενικά καλύπτουν μεγάλες γεωγραφικές περιοχές και βασίζονται σε μία ποικιλία συστημάτων επικοινωνιών που συνήθως είναι λιγότερο αξιόπιστα από ένα LAN που σχετίζεται με ένα DCS

• Ο loop έλεγχος που βασίζεται στον κεντρικό υπολογιστή είναι επομένως λιγότερο επιθυμητός. Ο χειριστής του SCADA μπορεί να αλλάξει στην δεξαμενή το επίπεδο του Set Point από απόσταση και ίσως να επιτρέπεται να χειριστεί χειροκίνητα την βαλβίδα όταν ένας loop έλεγχος είναι ανίκανος

• Παρόλα αυτά, ο αυτόματος έλεγχος της βαλβίδας είναι συχνά τοποθετημένος μέσα στο RTU. Αν η επικοινωνία σε μία απομακρυσμένη εγκατάσταση είναι αδύνατη, είναι επιθυμητό να συνεχίσει να λειτουργεί ένας τοπικός αυτόματος έλεγχος. Επομένως, το RTU είναι μία αυτόνομη μονάδα η οποία θα μπορούσε να ελέγχει την βαλβίδα χωρίς την συνεχή καθοδήγηση από τον κεντρικό υπολογιστή

132


Βέβαια, υπάρχει πάντα διάθεση να επιτρέπει ένα μεγάλο ποσοστό των λειτουργιών αυτοματισμού να συγκεντρώνονται μέσα σε ένα σύστημα SCADA. Αυτή η προσέγγιση έχει πολλά πλεονεκτήματα όπως:

• Η ενέργεια του υπολογιστή μπορεί να συγκεντρώνεται σε ένα περιβάλλον γραφείου, μειώνοντας το κόστος των συσκευών οι οποίες πρέπει να σχεδιαστούν για να λειτουργούν μερικές φορές σε δύσκολες συνθήκες

• Το μηχανολογικό προσωπικό είναι πιο ικανό να βελτιώνει συνεχώς και να αναβαθμίζει τα προγράμματα ελέγχου, εξασφαλίζοντας έτσι ότι υπάρχει μία τυποποίηση στους αλγορίθμους ελέγχου μέσα στο δίκτυο του SCADA

133


• Το πιο σημαντικό πράγμα είναι η αξιοπιστία του συνδέσμου επικοινωνίας μεταξύ του κεντρικού υπολογιστή του SCADA και της εγκατάστασης. Όπου ένας σημαντικός αλγόριθμος ελέγχου απαιτείται και ο ελεγκτής πρέπει να τοποθετείται απομακρυσμένα, ο σύνδεσμος επικοινωνίας πρέπει να σχεδιάζεται για συνεισφέρει αποτελεσματικά στην αξιοπιστία ολόκληρου του συστήματος

• Το κόστος που σχετίζεται με αυτή την απαίτηση πρέπει να είναι αρκετά απαγορευτικό για να εγγυηθεί τοποθετώντας την λειτουργία του αυτόματου ελέγχου στην εγκατάσταση

134

Χειρισμός δεδομένων σε περίπτωση προβλημάτων

Τα διαφορετικά συστήματα SCADA αντιμετωπίζουν διαφορετικά κάποια περίπτωση προβλήματος. Αυτές οι επιλογές χειρισμού των δεδομένων σε περίπτωση προβλημάτων αναφέρονται παρακάτω:

• Αποθήκευση δεδομένων στα RTU’s: Μερικά συστήματα SCADA βασίζονται στην δυνατότητα του RTU ότι θα αποθηκεύσει τα δεδομένα κάτω από κανονική λειτουργία και μετά περιοδικά θα μεταδίδει αυτά τα δεδομένα σαν ένα μήνυμα ή όταν τα ζητά ο κεντρικός υπολογιστής. Σε περιπτώσεις προβλημάτων στο σύστημα SCADA, η χωρητικότητα του RTU χρησιμοποιείται για αποθηκεύσει πληροφορίες μέχρι το σύστημα να επανέλθει

135

Χειρισμός δεδομένων σε περίπτωση προβλημάτων

• Αφθονία συστήματος: Τα περισσότερα SCADA συστήματα ενσωματώνουν κάποια μορφή αφθονίας στον σχεδιασμό τους, όπως διπλά κανάλια επικοινωνίας, διπλά RTU’s, ή διπλούς κεντρικούς υπολογιστές. Τέτοια συστήματα μπορούν να σχεδιαστούν για να διασφαλίσουν μία συνεχή μεταφορά σε περίπτωση βλάβης ή όταν ο μηχανισμός backup πρέπει να λειτουργήσει χειροκίνητα

Τα περισσότερα SCADA συστήματα αξιοποιούν έναν συνδυασμό των προηγούμενων μηχανισμών για να διασφαλίσουν την συνεχή ροή των δεδομένων σε περιπτώσεις βλαβών

136

Σφάλματα και θέματα ακρίβειας

• Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, τα SCADA συστήματα για τα συστήματα διανομής νερού γενικά χρησιμοποιούν κανάλια επικοινωνιών χαμηλού εύρους. Τα δεδομένα επομένως χρειάζεται να συμπιεστούν από κάποιες συσκευές πριν μεταδοθούν στον κεντρικό υπολογιστή για να αποφευχθεί η υπερφόρτωση της χωρητικότητας των μέσων επικοινωνίας κατά την μετάδοση των πληροφοριών

• Το αποτέλεσμα μπορεί να είναι ότι τα δεδομένα περιλαμβάνουν κάποια μορφή σφάλματος που πρέπει να λαμβάνεται υπόψη πριν την ανάλυση

137


Οι συνηθισμένες πηγές σφαλμάτων μπορεί να είναι:

• Η συμπίεση αλγορίθμων από το RTU πριν τον χρόνο μετάδοσης δεδομένων στον κεντρικό υπολογιστή

• Η συμπίεση αλγορίθμων που γίνεται από οποιοδήποτε λογισμικό αρχειοθέτησης δεδομένων που μπορεί να χρησιμοποιείται για να αποθηκεύει παλιά δεδομένα από ένα σύστημα SCADA

138


• Τέτοια σφάλματα δεν γίνονται αμέσως αντιληπτά από τα δεδομένα που λαμβάνονται από ένα σύστημα SCADA και μπορεί να εμφανίζονται σαν μία ασυνήθιστη συμπεριφορά μίας αναλογικής μεταβλητής που μπορεί να οδηγήσει έναν χρήστη να υποπτευθεί λανθασμένα σφάλμα στο μετρητικό όργανο

• Μέσω της κατανόησης των συγκεκριμένων μηχανισμών που βρίσκονται στο σύστημα συλλογής δεδομένων, είναι δυνατή η εξήγηση μίας απρόβλεπτης συμπεριφοράς μίας μεταβλητής και εξηγήσει το σφάλμα στα δεδομένα

139

Εφαρμογές που εξυπηρετούνται από τα SCADA

• Τα SCADA είναι συνήθως εξειδικευμένα συστήματα, που σχεδιάζονται για να εξυπηρετούν πολύ συγκεκριμένες εφαρμογές (π.χ. την αυτοματοποίηση ενός εργοστασίου κατασκευής χαρτιού). Είναι σπάνιες οι περιπτώσεις, που ένα σύστημα μπορεί να εξυπηρετήσει και άλλες εφαρμογές εκτός από αυτή, για την οποία σχεδιάστηκε, χωρίς να υποστεί αλλαγές ή τροποποιήσεις

• Από την άλλη μεριά, το λογισμικό του κέντρου ελέγχου ενός SCADA χρειάζεται συχνά να είναι εξαιρετικά πολύπλοκο, καθώς πρέπει να παρακολουθεί σύνθετες διαδικασίες, να λαμβάνει υπόψη όλες τις περιπτώσεις, που μπορεί να συμβούν στην πράξη και να δίνουν στον κάθε χρήστη την πληροφορία, που χρειάζεται, τη στιγμή, που τη χρειάζεται και με τέτοιο τρόπο ώστε να μπορεί να την καταλάβει και να την αξιοποιήσει

140

Εφαρμογές που εξυπηρετούνται από τα SCADA

• Για παράδειγμα, δεν έχει νόημα να παρουσιάζει κανείς στον υπεύθυνο ασφαλείας μιας εγκατάστασης μια ατέλειωτη σειρά από αριθμούς, που παριστάνουν τις μετρήσεις όλων των μεταβλητών ανά πεντάλεπτο και να περιμένει από αυτόν να δει αν κάποια τιμή έχει ξεφύγει από τα όρια ασφαλούς λειτουργίας

• Για να είναι πραγματικά χρήσιμο ένα αυτόματο σύστημα θα πρέπει να ελέγχει τις τιμές, που μετράει και να ενημερώνει το προσωπικό μόνο όταν εντοπίσει κάποιο πρόβλημα

141

Στόχος ελέγχου βιομηχανικού οργανισμού

• Η λειτουργία κάθε βιομηχανικού οργανισμού χαρακτηρίζεται από ροή ενέργειας, ροή υλών και ροή πληροφορίας. Ο βασικός στόχος ελέγχου του οργανισμού είναι ο βέλτιστος χειρισμός με μηχανικά μέσα των ροών ενέργειας και υλών μέσω της παρακολούθησης της ροής πληροφορίας

• Για να επιτευχθεί αυτός ο στόχος απαιτείται συνήθως να γίνει ένας συμβιβασμός μεταξύ κάποιων οικονομικών και ποιοτικών παραγόντων που θα οδηγεί σε κάποια άλλα οφέλη

142

Πλεονεκτήματα & Οφέλη χρήσης SCADA

Τα πλεονεκτήματα και τα οφέλη χρησιμοποίησης ενός συστήματος SCADA στον βιομηχανικό έλεγχο είναι:

• Άμεση πληροφόρηση της κατάστασης της διεργασίας • Αντιστάθμιση των μεταβλητών ελέγχου της

διεργασίας, με στόχο τη διατήρηση των δεδομένων ονομαστικών τιμών και τη διατήρηση των απαιτούμενων επιπέδων παραγωγής

• Έγκαιρη σήμανση των βλαβών και της κακής λειτουργίας του εξοπλισμού στις διάφορες διεργασίες, για να παρέχεται η μέγιστη ασφάλεια του εξοπλισμού και των εργαζομένων

143


• Πρόγνωση και διάγνωση βλαβών του εξοπλισμού και έγκαιρο εντοπισμό τους, για τη μεγιστοποίηση της διαθεσιμότητάς του

• Καταγραφή και αποθήκευση πληροφοριών, σχετικά με την παραγωγή και τη διαχείρισή της

• Καλή λειτουργία του εξοπλισμού, με στόχο τη βελτιστοποίηση της χρήσης και επομένως της παραγωγικότητάς του

144


• Αύξηση της παραγωγής λόγω της καλύτερης αξιοποίησης των δυνατοτήτων των μέσων παραγωγής, π.χ. λειτουργώντας τη βιομηχανική μονάδα στα ανώτερα όριά της

• Μείωση του κόστους παραγωγής ανά μονάδα παραγόμενου προϊόντος, λόγω βέλτιστης χρήσης των εσωτερικών πηγών ενέργειας και μείωσης του κόστους εργασίας

145


• Βελτίωση της ποιότητας των παραγόμενων προϊόντων λόγω της δυνατότητας να διατηρούνται οι συνθήκες λειτουργίας μέσα σε στενά όρια ανοχών

• Ευελιξία παραγωγής κάτω από συνεχώς μεταβαλλόμενες συνθήκες αγοράς

146

Διεργασίες & επέμβαση σε αυτές

• Επιπλέον ο έλεγχος των διεργασιών θα πρέπει να είναι αρκετά γρήγορος, ώστε να υπάρχει επίγνωση της κατάστασης αυτών σε πραγματικό χρόνο (real time). Αυτό γίνεται εμφανές στο θέμα της ασφάλειας

• Η επέμβαση στις διεργασίες σε περίπτωση κινδύνου θα πρέπει να είναι άμεση και αποτελεσματική ώστε να υπάρχει αποφυγή μερικής ή ολικής καταστροφής του εξοπλισμού, ακόμα και ανθρωπίνων απωλειών

• Υπάρχουν, βέβαια και τα προβλήματα του υψηλού κόστους, της έλλειψης τεχνογνωσίας και του εξειδικευμένου προσωπικού

147

Οφέλη επιχείρισης από τη χρήση SCADA

• Ωστόσο, τα οφέλη για μια επιχείρηση από την εφαρμογή ενός συστήματος SCADΑ είναι σημαντικά, ιδίως σε ένα ανταγωνιστικό και παγκοσμιοποιημένο περιβάλλον

• Πρέπει βέβαια να σημειωθεί και να τονιστεί, πως όσον αφορά τον τομέα του έξυπνου σπιτιού, το κόστος σε επίπεδο τεχνογνωσίας και εξειδίκευσης είναι σαφώς χαμηλότερο, καθότι οι λειτουργίες που θέλει ο χρήστης να ελέγχει είναι απλούστερες

148

Παροχές συστημάτων SCADA

Ειδικότερα τα συστήματα SCADA προσφέρουν: • Παρακολούθηση της διαδικασίας παραγωγής, μέσω

της οποίας επιτυγχάνεται η εξομάλυνσή της και η μέγιστη απόδοση της βιομηχανικής μονάδας

• Αύξηση της επικοινωνίας μεταξύ των επιπέδων της βιομηχανικής μονάδας και κυρίως μεταξύ της διοίκησης και της παραγωγής

• Δυνατότητα στο προσωπικό να λαμβάνει αποφάσεις μετά από πληρέστερη ενημέρωση ώστε να εκπληρώνει τις υποχρεώσεις του με μεγαλύτερη επιτυχία

149

Παροχές συστημάτων SCADA

• Γρηγορότερο εντοπισμό και αντιμετώπιση σφαλμάτων, που εκτός από την βελτίωση της απόδοσης προσφέρει και μείωση του κόστους συντήρησης

• Βελτίωση των συνθηκών ασφαλείας, και εργασίας

• Πιο εύστοχες και έγκαιρες πληροφορίες για τη διοίκηση

150

Παραδείγματα οφέλους των SCADA

Μερικά πρακτικά παραδείγματα του οφέλους των SCADA περιλαμβάνουν:

• Δυνατότητα στη διοίκηση και τους μηχανικούς να προβάλουν πληροφορίες στην επιφάνεια εργασίας του υπολογιστή τους, είτε η πηγή των δεδομένων βρίσκεται κοντά τους είτε μίλια μακριά

• Οι χειριστές μπορούν να χρησιμοποιών οθόνες PC’s που τρέχουν Microsoft Windows για να εποπτεύουν ή και να ελέγχουν τον εξοπλισμό, μέσω εύχρηστων GUI’s (Graphical User Interfaces –Γραφικά Περιβάλλοντα Χρήσης)

151


• Οι ενημερώσεις κρίσιμων καταστάσεων (Alarms) μπορούν να γίνονται με ηχογραφημένα μηνύματα τα οποία μπορούν να εκπέμπονται αυτόματα μέσω τηλεφώνων, ασυρμάτων, δικτύων ηλεκτρονικών υπολογιστών κτλ.

• Δυνατότητα για αποθήκευση και ανάκτηση ιστορικών δεδομένων, για περαιτέρω συγκρίσεις, συμπεράσματα ή διάγνωση σφαλμάτων

152


• Ρύθμιση του απομακρυσμένου εξοπλισμό από απόσταση

• Χρήση φθηνών και εύχρηστων προσωπικών υπολογιστών ως τερματικές συσκευές. Οι υπολογιστές αυτοί είναι πιο εύκολο και οικονομικό να αναβαθμιστούν ή να υποστούν μετατροπές από ότι ο εξειδικευμένος εξοπλισμός

153


• Χρήση σύγχρονων και συνηθισμένων πρωτοκόλλων και υλικών δικτύων, που είναι επίσης εύκολο και οικονομικό να αναβαθμιστούν, να προσαρμοστούν ή να αντικατασταθούν. Με αυτό τον τρόπο επιτυγχάνεται η αξιόπιστη δικτυακή επικοινωνία μεταξύ υλικού διαφορετικών κατασκευαστών

• Τεχνική υποστήριξη και συντήρηση του συστήματος από τον προμηθευτή του

154

Υποστήριξη διαφορετικών συσκευών Εύκολη τροποποίηση

• Ένα άλλο χαρακτηριστικό των SCADA είναι ότι πρέπει να μπορούν να υποστηρίζουν ένα μεγάλο αριθμό από διαφορετικές συσκευές πεδίου, που συναντούνται στην πράξη (PLC, ενσωματωμένα συστήματα, βιομηχανικά δίκτυα, προηγμένα αισθητήρια όργανα, κ.λ.π)

• Οι διαφορετικές αυτές συσκευές μπορεί να έχουν ποικίλα τεχνικά χαρακτηριστικά και να χρησιμοποιούν διάφορα πρωτόκολλα επικοινωνίας

• Επιπλέον ένα σύστημα SCADA πρέπει να μπορεί να τροποποιείται εύκολα ώστε να παρακολουθεί τις τεχνολογικές εξελίξεις και να προσαρμόζεται κάθε φορά στα καινούργια δεδομένα της αγοράς (νέα τεχνολογικά πρότυπα ή πρωτόκολλα επικοινωνίας, καινούργιοι κανονισμοί ασφαλείας, κ.λ.π.)

155

Λίγες επεμβάσεις στον κώδικα λογισμικού

Κάτι πολύ σημαντικό είναι οι τροποποιήσεις και οι προσαρμογές αυτές να μπορούν να γίνονται με όσο το δυνατόν λιγότερες επεμβάσεις στον κώδικα λογισμικού του συστήματος. Οι αλλαγές του λογισμικού είναι διαδικασία δαπανηρή και χρονοβόρα καθώς απαιτούν ανθρώπους με πολύ εξειδικευμένες γνώσεις και μεγάλο αριθμό δοκιμών προκειμένου να αποφευχθούν ανεπιθύμητες παρενέργειες όπως η εισαγωγή λογικών σφαλμάτων, που μπορεί να προκαλέσουν προβλήματα στην αξιοπιστία και την ασφαλή λειτουργία του συστήματος

156

Συγκρότηση SCADA από ανεξάρτητες μονάδες

Όσο καλή και αν είναι μια εφαρμογή λογισμικού δεν μπορεί να εξυπηρετήσει από μόνη της τις ανάγκες ενός SCADA κάποιας πολυπλοκότητας. Για να μπορεί ένα λογισμικό να χρησιμεύσει ως κέντρο ελέγχου ενός τέτοιου SCADA και ταυτόχρονα να έχει ένα λογικό κόστος, είναι πολύ σημαντικό να συγκροτείται από ανεξάρτητες μονάδες, καθεμιά από τις οποίες

• Εξυπηρετεί μια συγκεκριμένη λειτουργία, • Μπορεί να τροποποιηθεί αλλάζοντας κάποιες

παραμέτρους και όχι τον κώδικα και • Συνεργάζεται με τις άλλες μονάδες χρησιμοποιώντας

γνωστά πρωτόκολλα και διαδικασίες

157

Τεχνολογίες ολοκλήρωσης

• Αυτό επιτυγχάνεται με τη χρήση κατάλληλων τεχνολογιών ολοκλήρωσης. Στο χώρο των Windows οι πιο διαδεδομένες τέτοιες τεχνολογίες είναι αυτές, που βασίζονται στο πρότυπο COM της Microsoft (OLE, Automation, ActiveX)

• Οι τεχνολογίες αυτές είναι γενικής χρήσεως, μπορούν δηλαδή να χρησιμοποιηθούν σε διάφορα είδη λογισμικού. Ειδικά για τα συστήματα SCADA έχει αναπτυχθεί και η τεχνολογία OPC (OLE for Process Control), η οποία βασίζεται επίσης στο πρότυπο COM

158

Τεχνολογίες ολοκλήρωσης

• Ένα κοινό χαρακτηριστικό των τεχνολογιών αυτών είναι ότι επιτρέπουν σε ετερογενείς μονάδες υλικού ή λογισμικού από διάφορους κατασκευαστές να συνδέονται μεταξύ τους και να σχηματίζουν ολοκληρωμένα συστήματα

• Αυτό έχει ως αποτέλεσμα να απλοποιείται σημαντικά η κατασκευή των συστημάτων, καθώς μεγάλο μέρος των εργασιών σχεδίασης και υλοποίησης ανάγεται στην αναζήτηση και επιλογή των κατάλληλων έτοιμων μονάδων από το εμπόριο

• Έτσι είναι δυνατόν να κατασκευαστούν σε σύντομο χρονικό διάστημα και με μικρό σχετικά κόστος πολύπλοκα και εξειδικευμένα συστήματα, τα οποία λειτουργούν με ασφάλεια και αξιοπιστία και είναι πλήρως προσαρμοσμένα στις ανάγκες και τις ιδιαιτερότητες της κάθε εφαρμογής

159

Δίκτυο Ethernet -1

Το πιο δημοφιλές και εύχρηστο δίκτυο προσωπικών υπολογιστών είναι το γνωστό Ethernet πάνω στο οποίο έχουν

πλέον μεταφερθεί τα περισσότερα από τα εμπορικά πακέτα της αγοράς

160

Δίκτυο Ethernet -2 • Το δικτυακό σύστημα Ethernet δημιουργήθηκε το

1970 στα εργαστήρια της Xerox, ενώ το πρώτο πρότυπό του αναπτύχθηκε το 1980 από τις DEC, Intel και Xerox. Το πρότυπο αυτό ονομάστηκε DIX Ethernet από τα αρχικά των τριών εταιριών. Αργότερα το IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) θέσπισε το ελαφρώς παραλλαγμένο πρότυπο 802.3

• Επειδή το πρότυπο αυτό έγινε γρήγορα δημοφιλές, ενώ παράλληλα αναγνωρίστηκε και σαν ISO (International Organization of Standardization), είναι πλέον πολύ δύσκολο να βρεθεί προμηθευτής, κατασκευαστής ή δημοσίευμα που να μην αναφέρεται στο πρότυπο IEEE 802.3 ως Ethernet

161


• Η τεχνολογία του Ethernet είναι η παραδοσιακή κυρίαρχη δύναμη στην ενσύρματη δικτύωση μιας και αποτελεί ένα από τα πλέον οικονομικά μέσα δικτύωσης. Το κόστος εγκατάστασης αλλά και συντήρησής τους παραμένει εξαιρετικά χαμηλό ενώ είναι και εξαιρετικά εύκολο ως προς την εγκατάσταση και τη χρήση

• Το μεγαλύτερο πλεονέκτημα της ενσύρματης δικτύωσης Ethernet αποτελεί η μεγάλη ταχύτητα που προσφέρει και ιδιαίτερα η πολύ καλή απόδοση κάτω από μέτριες συνθήκες φόρτου δικτύου. Για το οικιακό δίκτυο οι κάρτες Ethernet των 10Mbps αρκούν, εκτός και αν προβλέπεται η συχνή μεταφορά μεγάλων αρχείων ή στο δίκτυο συμμετέχουν αρκετοί υπολογιστές, οπότε σε περιπτώσεις όπως αυτές η χρήση καρτών 10/100Mbps ή 1000Mbps προσφέρει την κατάλληλη λύση

162


• Επίσης τα σχεδιαστικά τους πρότυπα είναι κατάλληλα για την δικτύωση μιας οικίας αφού το επιτρεπόμενο όριο συνδεδεμένων κόμβων είναι 1.024

• Συνήθως, ο αριθμός των κόμβων που χρειάζεται είναι σημαντικά μικρότερος ενώ και το μήκος τους είναι πολύ μικρότερο από το επιτρεπόμενο με αποτέλεσμα το δίκτυο Ethernet να λειτουργεί αποτελεσματικά και με αξιοπιστία

163


Συμπερασματικά μπορούμε να πούμε ότι η Ethernet τεχνολογία διατηρεί τη φήμη της εδώ και αρκετά χρόνια για τους εξής κυρίως λόγους:

• Έχουν πολύ καλή απόδοση κάτω από μέτριες συνθήκες φόρτου δικτύου (αλλιώς η δυναμικότητα του δικτύου αχρηστεύεται από τις συγκρούσεις)

• Συνήθως χρησιμοποιούνται πιο συντηρητικά από ότι επιτρέπουν τα σχεδιαστικά τους πρότυπα, διότι κατά κανόνα στο δίκτυο συνδέονται κάτω από 200 κόμβοι, που είναι φυσικά πολύ λιγότεροι από το μέγιστο επιτρεπόμενο όριο που είναι 1024 κόμβοι

164


• Οι κόμβοι συνήθως παρέχουν end-to-end μηχανισμούς ελέγχου ροής, οπότε και είναι σπάνιο ένας κόμβος να ρίχνει συνέχεια πλαίσια στο δίκτυο

• Είναι εύκολα στη διαχείριση και συντήρησή τους

• Το κόστος τους είναι χαμηλό

165


• Από την άλλη μεριά, το μεγαλύτερο μειονέκτημα της τεχνολογίας Ethernet είναι η απαραίτητη καλωδίωση μεταξύ των υπολογιστών και των διάφορων συσκευών

• Εάν, για παράδειγμα, σε ένα σπίτι οι υπολογιστές βρίσκονται σε διαφορετικά δωμάτια (ή ακόμα και ορόφους), τότε για να συνδεθούν θα πρέπει να εγκατασταθούν καλώδια από τον έναν στον άλλο, αναγκαστικά περνώντας μέσα από τρύπες στους τοίχους

• Επίσης, υπάρχουν φυσικοί περιορισμοί στα δίκτυα Ethernet που συμβάλλουν σημαντικά και στην μείωση της τελικής απόδοσης του προτύπου

166


• Το μέγιστο επιτρεπόμενο μήκος καλωδίου για το πρότυπο 802.3 είναι τα 500 μέτρα. Για την επιτυχημένη επέκταση του δικτύου σε μεγαλύτερες αποστάσεις, χρησιμοποιούνται πολλά καλώδια συνδεδεμένα μεταξύ τους με επαναλήπτες (receivers) που όμως αυξάνουν την πολυπλοκότητα και το κόστος

• Ακόμα και έτσι όμως υπάρχουν πάντα σημαντικοί φυσικοί περιορισμοί όπως ότι η απόσταση μεταξύ δύο πομποδεκτών δεν μπορεί να υπερβαίνει τα 2,5 χιλιόμετρα ενώ μεταξύ τους δεν μπορούν να παρεμβάλλονται περισσότεροι από τέσσερις επαναλήπτες

167

Ethernet και βιομηχανία

• Από τις προδιαγραφές και την ευχρηστία σε συνδυασμό με το χαμηλό κόστος του Ethernet, γίνεται εύκολα αντιληπτό ότι τα δίκτυα Ethernet προσφέρουν υψηλές ταχύτητες και αξιοπιστία. Παράλληλα προσφέρουν κάλυψη όλης την έκταση του βιομηχανικού οργανισμού με ένα ενιαίο πλέον δίκτυο, αφού το Ethernet χρησιμοποιείται σχεδόν αποκλειστικά σε δίκτυα διοικητικού επιπέδου

• Το τελευταίο είναι εξαιρετικά σημαντικό, γιατί συνδέει άμεσα τα επίπεδα της διοίκησης και της παραγωγής του οργανισμού, όσον αφορά τη διακίνηση της πληροφορίας

168


Όλα τα παραπάνω έχουν οδηγήσει τους μεγαλύτερες βιομηχανίες στην υιοθέτηση του Ethernet στα επίπεδα της εποπτείας και του ελέγχου. Ήδη η General Motors εγκατέλειψε το Device Net για χάρη του Ethernet ενώ το η Shell Oil επένδυσε μεγάλα ποσά για την αναβάθμιση των αυτοματισμών της στις εγκαταστάσεις του Τέξας με νέες λύσεις βασισμένες στο βιομηχανικό Ethernet

169


• Ακολουθώντας το ρεύμα του Ethernet, οι κατασκευαστές PLC’s, που είναι και οι κατά τεκμήριο συσκευές των DCS συστημάτων, άρχισαν να κατασκευάζουν συσκευές με θύρες και λειτουργικότητα Ethernet

• Ως παράδειγμα μπορούμε να αναφέρουμε το προϊόν EDAS της Texas Instruments. Παράλληλα, επειδή το κόστος αντικατάστασης των PLC’s είναι μεγάλο και χρονοβόρο, έχουν εμφανιστεί στην αγορά προϊόντα Serial to Ethernet, δηλαδή συσκευές που μετατρέπουν τη σειριακή έξοδο που διαθέτουν τα παλαιότερα PLC’s σε Ethernet

• Οι συσκευές αυτές είναι οικονομικές και εύκολες στην εγκατάσταση, προσφέροντας λύσεις σε προβλήματα αναβάθμισης σε Ethernet

170


• Το πρότυπο του βιομηχανικού Ethernet ονομάστηκε Ethernet/IP (όπου IP σημαίνει Industrial Protocol– Βιομηχανικό πρότυπο) και είναι λειτουργικά όμοιο με το 802.3 συνεχίζοντας να υλοποιείται με συνδυασμούς κοινών προϊόντων Ethernet 802.3 του εμπορίου

• Σε επίπεδο λογισμικού όμως, το οποίο αποκλειστικά και μόνο αφορά τα συστήματα SCADA, το Ethernet/IP και το κοινό Ethernet 802.3 των PC’s διαφέρει μόνο στην χρήση του πρωτοκόλλου CIP (Control and Information Protocol)

• Το πρωτόκολλο αυτό λειτουργεί στην κορυφή του συστήματος, πάνω από τα πρότυπα πρωτόκολλα TCP (Transmission Control Protocol) και UDP (User Datagram Protocol) του 802.3, ώστε να προσφέρει ένα κοινό τρόπο ανταλλαγής δεδομένων για τις εφαρμογές

• Επιπλέον, το CIP βασίζεται στα πρότυπα των παλαιότερα ευρέως χρησιμοποιημένων DeviceNet και ControlNet και είναι συμβατό με αυτά

171


• Αυτό σημαίνει ότι επιλέγοντας ένα προϊόν Ethernet/IP, επιλέγεται ταυτόχρονα και ένα προϊόν με δυνατότητες CIP, και κατ’ επέκταση με δυνατότητες DeviceNet και ControlNet

• Αυτό βέβαια δεν είναι περιοριστικό, καθώς η υλοποίηση ενός SCADA συστήματος μπορεί να βασιστεί εξ’ ολοκλήρου στα πρωτόκολλα TCP/IP και UDP, διατηρώντας απλά τη συμβατότητα με τα CIP συστήματα

• Τέλος με την πρόσφατη εισαγωγή της τεχνολογίας των switches και της full duplex επικοινωνίας στα δίκτυα Ethernet, η πιθανότητα της διένεξης δεδομένων έχει πλέον θεωρητικά μηδενιστεί, προσφέροντας ασφαλή μεταγωγή δεδομένων με μηδαμινή πιθανότητα απώλειας

172

Δικτύωση ενός συστήματος SCADA

Όπως δείχνει και το ακόλουθο σχήµα, για την δικτύωση του κεντρικού υπολογιστή µε τους χρήστες (πληροφοριακό δίκτυο), χρησιµοποιούνται τα πρωτόκολλα Ethernet ή Token Ring ενώ για την δικτύωση των PLC (βιοµηχανικό δίκτυο), έχουµε τα πρωτόκολλα Profibus, TCP/IP και Industrial Ethernet, µε το πρώτο να είναι και το πιο ευρέως διαδεδοµένο

173

Δικτύωση ενός συστήματος SCADA

174

Συμπέρασμα

Συμπερασματικά από τα παραπάνω μπορούμε να ασφάλεια να αποφανθούμε ότι η χρήση του Ethernet και κατ’ επέκταση των πρωτοκόλλων του, αποτελεί μονόδρομο για την υλοποίηση ενός σύγχρονου λειτουργικού και χαμηλού κόστους εποπτικού συστήματος

175

Λογισμικά για τις εφαρμογές των SCADA

• Σε ένα σύγχρονο SCADA, τα προγράμματα του κέντρου ελέγχου δεν κατασκευάζονται από το μηδέν αλλά συνθέτονται από προκατασκευασμένα κομμάτια λογισμικού, που υποστηρίζουν τυποποιημένους τρόπους διασύνδεσης. Οι κατασκευαστές δεν παράγουν έτοιμες λύσεις αλλά ευέλικτες πλατφόρμες, που μπορούν να προσαρμόζονται στις ανάγκες και τις απαιτήσεις της κάθε εφαρμογής

• Η τελική λύση δημιουργείται για κάθε πρόβλημα ξεχωριστά, διαμορφώνοντας, συμπληρώνοντας ή διασυνδέοντας τμήματα από τις βασικές αυτές πλατφόρμες. Οι εργασία αυτή μπορεί να γίνεται είτε από τον ίδιο τον κατασκευαστή της πλατφόρμας είτε από μια ξεχωριστή εταιρεία ανάπτυξης ολοκληρωμένων συστημάτων (system integrator) είτε από τον τελικό χρήστη

176


• Έτσι το κέντρο ελέγχου (και κατ’ επέκταση το όλο σύστημα SCADA) μπορεί να χτίζεται κατά παραγγελία για κάθε εφαρμογή, επιλέγοντας κάθε φορά από ένα σύνολο των υπαρχόντων τμημάτων εκείνα, τα οποία απαιτούνται για την κάλυψη των αναγκών της συγκεκριμένης εφαρμογής

177


• Ένα σύγχρονο σύστηµα ελέγχου και εποπτείας (SCADA) καλείται να επεξεργαστεί ένα τεράστιο όγκο δεδοµένων και παράλληλα να δώσει τις κατάλληλες εντολές ελέγχου

• Επιπλέον θα πρέπει να γίνει κατανοητό ότι ο ανθρώπινος παράγοντας έχει περιορισµένες ικανότητες στη επεξεργασία µεγάλου όγκου πληροφοριών, ωστόσο είναι σε θέση να λάβει σύνθετες και νοήµονες αποφάσεις

• Το λογισµικό καλείται να δώσει στο χειριστή του συστήµατος µε κατανοητό για τον τελευταίο τρόπο, έγκυρες πληροφορίες για την κατάσταση του συστήµατος

178


• Συνδυάζονται µε όλες τις σειρές PLC της SIEMENS, αλλά και µε PLC άλλων εταιρειών σε υπάρχοντα συστήµατα. Εγκαθίστανται είτε σε Η/Υ είτε σε Panels χειρισµών, αναλόγως την εφαρµογή. Υπάρχει µεγάλη γκάµα από Panel χειρισµών (ΗΜΙ) για την ικανοποίηση οποιασδήποτε απαίτησης και ανάγκης, δηλαδή στα λογισµικά πακέτα WinCC και WinCC flexible

179


• Ένα σηµαντικό µέρος των περισσότερων εφαρµογών SCADA είναι η διαχείριση συναγερµών. Το σύστηµα παρακολουθεί κατά πόσο πληρούνται ορισµένες προϋποθέσεις συναγερµού για να διαπιστώσει πότε ένα συµβάν συναγερµού έχει συµβεί

• Μόλις ένα συµβάν συναγερµού έχει ανιχνευθεί µία ή περισσότερες ενέργειες λαµβάνονται (όπως η ενεργοποίηση ενός ή περισσοτέρων δεικτών συναγερµού, και µέσω του ηλεκτρονικού ταχυδροµείου ή µηνυµάτων κειµένου ο χειριστής του συστήµατος ακόµα και εξ’ αποστάσεως να είναι ανά πάσα στιγµή ενηµερωµένος)

180

Παρουσίαση διαθέσιμων SCADA

Παρακάτω παρουσιάζονται τα διαθέσιµα συστήµατα SCADA, τα οποία καλύπτουν όλες τις απαιτήσεις των σηµερινών εφαρµογών

181

Λογισμικό Simatic WinnCC Flexible

• Το λογισμικό Simatic WinCC Flexible χρησιμοποιείται για την δημιουργία εφαρμογών SCADA και εφαρμογών ΗΜΙ μέσα από τις οποίες ο εκάστοτε χρήστης θα μπορεί να παρακολουθεί σε γραφικό περιβάλλον και με αποδοτικό τρόπο την οποιαδήποτε διεργασία

• Το WinCC προσφέρει µια σειρά από μηχανολογικά συστήµατα τα οποία είναι ιδανικά προσαρµοσµένα στο αντίστοιχο υπό δημιουργία project ή µπορεί να προσαρµοστεί από το χρήστη. Κάθε έκδοση υποστηρίζει ένα ευρύ φάσµα HMI συστηµάτων και λειτουργιών, µε την οποία η Standard έκδοση µπορεί να χρησιµοποιηθεί για να τη ρύθμιση HMI συσκευών από τη Micro έκδοση

182

Δυνατότητες Simatic WinCC Flexible

Μερικές από τις δυνατότητες που μπορεί να προσφέρει το Simatic WinCC Flexible είναι:

• Το WinCC Flexible επιτρέπει στον χρήστη να παρακολουθεί μία διεργασία. Η διεργασία αυτή απεικονίζεται γραφικά σε μία οθόνη και η κατάστασή της ενημερώνεται κάθε φορά που τροποποιείται η διεργασία

• Το WinCC Flexible επιτρέπει στο χρήστη να ελέγξει την διαδικασία που παρακολουθεί. Για παράδειγμα μπορεί να τροποποιήσει την επιθυμητή τιμή μίας παραμέτρου ή να ανοίξει μία βαλβίδα μέσω του γραφικού περιβάλλοντος

183

Δυνατότητες Simatic WinCC Flexible

• Μία ένδειξη συναγερμού (Alarm) μπορεί να προειδοποιήσει το χρήστη για κρίσιμες εξελίξεις που σχετίζονται με μία διεργασία. Για παράδειγμα αν η τιμή κάποιας μεταβλητής ξεπεράσει κάποιο άνω όριο τότε υπάρχει η δυνατότητα εμφάνισης ενός προειδοποιητικού παραθύρου

• Κατά την διάρκεια λειτουργίας του WinCC Flexible, οι παράμετροι μίας διεργασίας μπορούν, είτε να τυπωθούν, είτε να αποθηκευθούν ηλεκτρονικά σε κάποιο αρχείο για τη δημιουργία κάποιου αρχείου παρακολούθησης της όλης πορείας της διεργασίας

184


Στα ακόλουθα σχήματα απεικονίζονται η οθόνη properties του Simatic WinCC και η λειτουργία runtime ενός project

185

Οθόνη properties του Simatic WinCC

186

Λειτουργία runtime

187

Ειδικευμένες δυνατότητες του WinCC Flexible

Άλλες πιο ειδικευμένες δυνατότητες του Simatic WinCC Flexible είναι:

• Η διασύνδεσή του με εφαρμογές Πληροφοριακών Συστημάτων όπως είναι εφαρμογές ERP της εταιρίας SAP για παράδειγμα ή με εφαρμογές λογιστικών φύλλων όπως είναι το Microsoft Excel, όπως επίσης και με οποιαδήποτε εφαρμογή απαιτεί ο χρήστης αφού το περιβάλλον διασύνδεσης είναι ανοιχτό

• H δημιουργία κατανεμημένων συστημάτων SCADA με τη χρήση της ενσωματωμένης τεχνολογίας του διαδικτύου, όπως επίσης και συστημάτων αρχιτεκτονικής Client – Server

188

Λογισμικό SCADA InTouch 7.0 της εταιρείας Wonderware

• H Wonderware είναι μία κυρίαρχη εταιρεία στην παγκόσμια αγορά λογισμικών διαχείρισης παραγωγής, με λύσεις λογισμικών που προσφέρουν σημαντικές μειώσεις κόστους στη σχεδίαση, την κατασκευή, την ανάπτυξη και τη συντήρηση ασφαλών και τυποποιημένων εφαρμογών για τις διαδικασίες παραγωγής

• Οι λύσεις λογισμικού της Wonderware επιτρέπουν τον συγχρονισμό των παραγωγικών και επιχειρισιακών στόχων, επιτυγχάνοντας ταχύτητα και ευελιξία, με στόχο τη διαρκή αποδοτικότητα και κερδοφορία

189

Λογισμικό SCADA InTouch 7.0 της εταιρείας Wonderware

Το ΙnTouch είναι ένα object oriented (αντικειμενοστραφές) λογισμικό δημιουργίας εφαρμογών που έχει σαν σκοπό:

• Την αυτοματοποίηση κάθε είδους βιομηχανίας, τον έλεγχο της διεργασίας και την εποπτική παρακολούθηση των εφαρμογών με τη βοήθεια των υπολογιστών

• Την επικοινωνία των χειριστών με την διεργασία μέσω γραφικών

190

Βασικές λειτουργίες του InTouch

Οι βασικές λειτουργίες του InTouch είναι απεικόνιση δεδομένων και παρουσίαση γραφικών σε πραγματικό χρόνο, παρακολούθηση οποιουδήποτε τύπου alarm, γραφική απεικόνιση μεταβαλλόμενων μεγεθών σε πραγματικό χρόνο, καταγραφή μεγεθών σε ιστορικά αρχεία, παρουσίαση στατιστικών διαγραμμάτων, πρόσβαση SQL σε σχεσιακές βάσεις δεδομένων

191

Λειτουργία του InTouch

Το InTouch λειτουργεί σαν σύστημα SCADA, βασικός ρόλος του οποίου είναι ο εποπτικός έλεγχος, λειτουργεί σαν σύστημα διαχείρισης υλικού, δημιουργεί γραφικά, παρουσιάζει δεδομένα, προσφέρει προσαρμογή των χειριστών σε συνεχείς και διακριτές διεργασίες καθώς και στον έλεγχο μηχανών και μέσω αυτού γίνεται η παρακολούθηση επιμέρους τμημάτων της διεργασίας

192

Λογισμικό Genesis της Iconics

Το λογισμικό Genesis της Iconics αποτελεί την πρώτη και πλήρως επεκτάσιμη πλατφόρμα για εφαρμογές OPC Web-enabled HMI και SCADA, για την οπτική αναπαράσταση και τον έλεγχο διεργασιών. Σχεδιασμένο για όλα τα λειτουργικά συστήματα Microsoft Windows 2000 και μετά

193

Λογισμικό Genesis της Iconics

Περιλαμβάνει: • Σπονδυλωτή πλατφόρμα εργαλείων δεδομένων, για απεικόνιση

HMI και SCADA • Web-Based HMI/ SCADA, που συνδυάζει πραγματικό χρόνο και

ιστορικά δεδομένα μέσω firewalls και ενσωματώνει τυποποιημένης τεχνολογίας προγράμματα περιήγησης στο διαδίκτυο

• Εργαλείο ανάπτυξης με πολλούς στόχους για την ανάπτυξη σταθμών εργασίας, Pocket Pc,κινητά, Web και Terminal server

• Τεχνολογία OPC-To-The-Core, πλήρης υποστήριξη OPC • Γνωστοποίηση συναγερμών, με χρήση IP τηλεφώνων, e-mail κ.α.

194

Λογισμικό Proficy Cimplicity 8.0 της GEFanuc

Το CIMPLICITY 8.0 προσδίδει μια νέα εμπειρία στους χρήστες, οδηγώντας χαμηλότερα το συνολικό κόστος ιδιοκτησίας (TCO Total Cost of Ownership) και προσδίδει στους προγραμματιστές ευκολία και ταχύτητα ανάπτυξης εφαρμογών

195


Χαρακτηριστικά γνωρίσματα: • Το CIMPLICITY 8.0 εισάγει ένα νέο περιβάλλον

προγραμματισμού HMI/SCADA, για ευκολότερη και ταχύτερη ανάπτυξη εφαρμογών. Με μία ανανεωμένη όψη και αίσθηση, οι χρήστες εξοικονομούν χρόνο άμεσα

• Το CIMPLICITY 8.0 εισάγει ένα νέο τρόπο απόδοσης γραφικών, μεγαλύτερο χώρο ανάπτυξης, βελτιωμένες διαφάνειες και κλίμακα σκίασης αντικειμένων

196


• Ψηφιακή γραφική επανάληψη (Digital Graphical Replay 2.0). To CIMPLICITY 8.0 δίνει τη δυνατότητα στο χρήστη να επαναλάβει τα συμβάντα και τις κινήσεις του, σε αργή κίνηση, σε πραγματικό χρόνο ή γρηγορότερα, ώστε να ανιχνεύσει λάθη χειρισμών και να αποτρέψει την επανάληψή τους. Παρέχει τη δυνατότητα αναπαραγωγής γραφημάτων για την ευφυέστερη λήψη αποφάσεων και την ταχύτερη λύση προβλημάτων

• Ενισχυμένη ασφάλεια (Enhanced Security Protection). Το CIMPLICITY 8.0 απαιτεί να υπάρχει ένας απλός λογαριασμός χρήστη Windows Vista/Server 2008

197


• Ενσωμάτωση βάσης δεδομένων πραγματικού χρόνου Historian. Το νέο CIMPLICITY περιλαμβάνει βάση δεδομένων Historian για 100 tags

• Το CIMPLICITY 8.0 έχει ενσωματωμένη την άμεση διασύνδεσή του με όλα τα προϊόντα της σειράς Proficy, προσφέροντάς μια ολοκληρωμένη λύση, χρησιμοποιώντας ανοικτά συστήματα και προστατεύοντας τις τρέχουσες και μελλοντικές επενδύσεις

198

Λογισμικά SCADA - κατασκευαστές

Παρακάτω παρατίθεται ένας ενδεικτικός πίνακας με διάφορα λογισμικά SCADA και τους αντίστοιχους κατασκευαστές

199


ΛΟΓΙΣΜΙΚΟ SCADA ΠΑΡΟΧΟΣ

RsView RsView

InTouch Wonderware

WinCC Siemens

Cimplicity GeFanuc

CX-Supervisor Omron

CitectSCADA Schneider Electric

AutomationX AutomationX

Genesis32 Iconics

MicroScada SattGraph 5000 ABB

200



ScadaNet ProccessNet Matrikon

ElipseScada Ellipse Software

Intellution Santis Engineering

Factorylink Siemens

PcVue ARC Informatique

Adroit Adroit Technologies

Advantech Studio Advantech

P-CIM AFCON

WinCC Flexible Simatic

201



ISaGRAF RsView

Prodigy TASCOMP

GlobalSCREEN Ordinal Technologies

IGSS 7-Technologies

AGP 3000 Pro-face

Wizcon ELUTIONS

TRACE MODE AdAstra

Entivity VLC Entivity

FactoryTack Rockwell Automation

202

Διαχείριση SCADA μέσω LABVIEW

O ΝΙ (National Instrument) OPC Server είναι ένα interface μεταξύ πολλών πηγών δεδομένων, όπως είναι οι προγραμματιζόμενοι λογικοί ελεγκτές (PLC), οι απομακρυσμένες µμονάδες τερµατικού (RTU’s), καθώς και οι αισθητήρες σε χώρο του εργοστασίου που χρησιμοποιούνται σε HMI / SCADA εφαρμογές, εργαλεία εφαρμογής, και βάσεις δεδομένων

203


• Ο OPC καθορίζει τις προδιαγραφές για την επικοινωνία σε πραγματικό χρόνο µμεταξύ συσκευών ελέγχου και human machine interfaces (HMI’s)

• Οι OPC Servers είναι διαθέσιµοι για την οπτικοποίηση όλων των PLC’s και των προγραμματιζόμενων αυτόµατων ελεγκτών (PAC’s). O ΝΙ (National Instrument) OPC Server προσφέρει ένα ενιαίο interface για την επικοινωνία µε πολλές συσκευές, έτσι δεν χρειάζεται να µάθει κανείς νέα πρωτόκολλα επικοινωνίας ή να χάνει το χρόνο του για την κατανόηση νέων εφαρμογών

204


• Ο συνδυασµός των NI OPC Servers και NI LabVIEW λογισµικού παρέχει µια ενιαία πλατφόρμα για την παροχή υψηλής απόδοσης µμετρήσεων και ελέγχου τόσο σε νέα όσο και σε είδη υπάρχοντα βιομηχανικά συστήµατα

• Ο NI OPC Server συνδέεται µέσω του OPC Client µε τη μονάδα του LabVIEW Data logging και εποπτικού ελέγχου (DSC), έτσι ώστε να µπορούν να αναπτύξουν ένα ολοκληρωμένο HMI / SCADA. Στο μοντέλο επικοινωνίας Client-Server για την ανταλλαγή δεδομένων κάθε συσκευή έχει συγκεκριμένο Server ενώ ο Client (µια συσκευή που ελέγχουμε) µπορεί να είναι κοινός για πολλούς Server όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήµα

205

Επικοινωνία Client - Server

206

Διαχείριση SCADA μέσω LABVIEW • Όταν πρόκειται για την κατασκευή νέων μηχανών ή

την βελτιστοποίηση των υφιστάμενων βιομηχανικών συστημάτων, ο σχεδιασµός µιας ανταγωνιστικής λύσης, επιτυγχάνοντας παράλληλα ένα μικρότερο χρόνο διάθεσης στην αγορά µπορεί να αποτελέσει πρόκληση

• Με τη χρησιμοποίηση του εργαλείου σχεδίασης των γραφικών συστημάτων της National Instrument (ΝΙ), µπορούµε να αυξήσουμε την απόδοση και να μειώσουμε τις λειτουργικές δαπάνες µέσω του προηγμένου ελέγχου, τις μετρήσεις υψηλής ταχύτητας, την κίνηση ακριβείας, της τεχνητής όρασης, και των human machines interfaces (HMI’s)

207


• Στο επίκεντρο του σχεδιασµού των γραφικών συστημάτων είναι το NI LabVIEW, ένα ανοικτό και ευέλικτο περιβάλλον ανάπτυξης που συνδυάζει την ευκολία χρήσης των εργαλείων διαμόρφωσης µε την ευελιξία µιας ισχυρής γλώσσας προγραμματισμού. Το DSC (Datalogging and Supervisory Control) module της NI είναι ο καλύτερος τρόπος για την ανάπτυξη των συστηµάτων ελέγχου και παρακολούθησης

208

Δυνατότητες DSC

Το DSC (Data logging and Supervisory Control) Module έχει τις παρακάτω δυνατότητες:

• Alarming – Προειδοποίηση επιπέδων στάθµης

– Προειδοποίηση ρυθµού αλλαγών

– Προειδοποίηση αγνώστων γεγονότων

209


• Data Logging – Άντληση πληροφοριών από το LabVIEW ή µέσω

µιας SQL-compatible ODBC interface – Καταγραφή αλλαγών των τιµών των shared

variables αυτόµατα σε trace format – ∆ιαδραστικά και προγραμματιστικά εργαλεία για

χειρισµό της βάσης δεδομένων – Καταγραφή δεδομένων στη βάση δεδομένων

Citadel

210


• Industrial Graphics – Το DSC module περιέχει µια βιβλιοθήκη µε

παραπάνω από 4000 γραφικά

– Επιπλέον ενδείξεις για σωλήνες, δεξαµενές και αντλίες

– Ιστορικά και πληροφορίες και ανάλυση δεδοµένων σε πραγµατικό χρόνο

211

Χρήση του DSC module για αντικατάσταση των μεταβλητών µε γραφικά

212


Στα σχήματα που ακολουθούν, απεικονίζονται το τελικό VI front panel και το τελικό VI block diagram μιας εφαρμογής ενός χώρου στον οποίο θα γίνεται έλεγχος και ρύθμιση της θερμοκρασίας και της υγρασίας. Επίσης φαίνεται και όλο το ηλεκτρομηχανολογικό σύστηµα που υλοποιεί τις παραπάνω ρυθµίσεις ψύξης - θέρμανσης

213

Έλεγχος θερμοκρασίας - υγρασίας ενός χειρουργείου µέσω Internet

214

Επεξήγηση σχήματος

• Στην αριστερή πλευρά του σχήματος φαίνεται ο αεραγωγός εισαγωγής αέρα στο χώρο. Ο αέρας που εισάγεται περνάει πρώτα από το ψυκτικό στοιχείο το οποίο έχει µια τρίοδο αναλογική ηλεκτροβάνα που ψύχει τον αέρα εισαγωγής ανάλογα µε τις απαιτήσεις του χώρου

• Στο κάτω µέρος της ηλεκτροβάνας υπάρχουν δυο ενδείξεις, η µια δείχνει την τάση που τροφοδοτείται και η άλλη το ποσοστό επί τοις εκατό που είναι ανοικτή

• Το δεύτερο στοιχείο που συναντά ο αέρας εισαγωγής είναι το θερμαντικό που θερμαίνει τον αέρα και αυτό ανάλογα µε τις απαιτήσεις του χώρου. Τέλος πριν την εισαγωγή του αέρα στο χώρο υπάρχει µια δίοδος αναλογική ηλεκτροβάνα η οποία ενεργοποιείται µόνο αν η υγρασία είναι σε χαμηλότερα επίπεδα από αυτή που έχει ρυθµιστεί

215


• Επίσης κάτω από την δίοδο ηλεκτροβάνα υπάρχουν οι ανάλογες ενδείξεις για την τάση που έχει στα άκρα της και το ποσοστό επί της εκατό που είναι ανοικτή η ηλεκτροβάνα. Στην δεξιά πλευρά υπάρχει ο αεραγωγός εξαγωγής αέρα από το κλιματιζόμενο χώρο

• Επάνω σε αυτόν τον αεραγωγό έχουµε ένα διπλό αισθητήριο το QFM 65 το οποίο µετράει τη θερµοκρασία και την υγρασία που έχει ο χώρος

• Κάτω από το αισθητήριο αυτό υπάρχουν ψηφιακές ενδείξεις για την θερµοκρασία και την υγρασία καθώς επίσης και η αντιστοιχία των τιµών αυτών σε τάση (Volt) που µετράει το αισθητήριο

216


• Στο εσωτερικό του χώρου υπάρχει ένα θερµόµετρο το οποίο δείχνει τη θερµοκρασία του χώρου και άλλη ψηφιακή ένδειξη που δείχνει την υγρασία του χώρου

• Στην δεξιά πλευρά του τοίχου φαίνεται ένας ψηφιακός θερµοστάτης χώρου στον οποίο µπορεί να ρυθμίζεται η επιθυμητή θερμοκρασία του χώρου

217

Τελικό VI front panel

218

Τελικό VI block diagram

219

Έλεγχος της διαδικασίας με το LabVIEW

Με τη χρήση του LabVIEW ελέγχεται όλη η διαδικασία µε την καταγραφή και την απεικόνιση των αποτελεσμάτων σε γραφικές παραστάσεις για την κάθε ηµέρα ξεχωριστά. Με το πρόγραµµα δημιουργείται κάθε ηµέρα ένα ξεχωριστό txt αρχείο. Μπορεί να επιλεγεί η συχνότητα (χρονική διάρκεια) λήψης των μετρήσεων κατά την διάρκεια της ηµέρας. Παρακάτω απεικονίζεται το txt αρχείο που δημιουργείται

220

Πρόγραμμα καταγραφής αποτελεσμάτων

221

Txt αρχείο αποτελεσμάτων

222

Εμπορικές εφαρμογές SCADA

• Οι τρόποι που οι κατασκευαστές προσεγγίζουν την υλοποίηση ενός SCADA δεν είναι πάντα ίδιοι. Μερικά συστήματα ενσωματώνουν π.χ. λειτουργίες DCS ή δυνατότητα για δημιουργία πολύπλοκων στατιστικών αναφορών. Τρεις από τους σημαντικότερους κατασκευαστές τέτοιων συστημάτων είναι η Intellution, η Wonderware και η Rockwell

• Η Intellution διαχωρίζει τα προϊόντα της καταγραφής και της εποπτείας των δεδομένων, προσφέροντας ξεχωριστά τον καταγραφέα iHistorian και το ολοκληρωμένο HMI/SCADA σύστημα iFix (που περιέχει τον iHostorian). Στο παρακάτω σχήμα απεικονίζεται το ΗΜΙ μέρος του iFix της Intellution σε λειτουργία

223

Το ΗΜΙ μέρος του iFix της Intellution σε λειτουργία

224

iHistorian

Ο iHistorian είναι μια εφαρμογή plant-wide, όπως τον αποκαλεί ή Intellution, δηλαδή που καλύπτει όλον τον οργανισμό, όχι τα επιμέρους διανεμημένα τμήματα ξεχωριστά. Προσφέρει καταγραφή και προβολή των δεδομένων και των γεγονότων σε σχεσιακές βάσεις δεδομένων, ιστορική και σε πραγματικό χρόνο προβολή των δεδομένων και παρέχει στο χρήστη τη δυνατότητα να δημιουργήσεις στατιστικές αναφορές. Στο ακόλουθο σχήμα, απεικονίζεται μία παραγωγή γραφημάτων από τον iHistorian

225

Παραγωγή γραφημάτων από τον iHistorian

226

iFix

• Ο iHistorian δεν προσφέρει ιδιότητες ελέγχου, καθώς αυτός αφήνεται εξ ολοκλήρου στο iFix. Το iFix είναι ίσως το δημοφιλέστερο HMI/SCADA σύστημα της αγοράς

• Έχει πραγματικά πολύ μεγάλες δυνατότητες προσφέροντας ένα πολύ ισχυρό HMI σχεδιαστή, και μεταξύ άλλων, ακόμα και δυνατότητα εισαγωγής κώδικα Visual Basic από τον χρήστη για ειδικό χειρισμό γεγονότων. Παρακάτω, απεικονίζεται ο σχεδιασμός οθόνης HMI με το iFix

227

iClientTS

• Παράλληλα η Intellution προσφέρει και μια καινοτομία με την δημιουργία του iClientTS, το οποίο αποτελεί έναν διακομιστή εικονικών τερματικών συσκευών

• Με πιο απλά λόγια, η εφαρμογή αυτή επιτρέπει σε απομακρυσμένα τερματικά να τρέχουν τις λειτουργίες του SCADA απευθείας πάνω στον Server, με τη βοήθεια εικονικών οθονών, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα

• Έτσι δεν απαιτείται εγκατάσταση του λογισμικού σε κάθε τερματικό του συστήματος κάνοντας πιο εύκολη τη συντήρησή του. Παράλληλα δεν επιβαρύνεται το δίκτυο, καθώς κάθε τερματικό λαμβάνει από τον κεντρικό διακομιστή μόνο τα δεδομένα που απαιτεί κάθε φορά

228

Σχεδιασμός οθόνης HMI με το iFix

229

InTouch & InSQL Server

• Στα ίδια περίπου πλαίσια κινείται και η Wondareware, διαχωρίζοντας όμως ακόμη παραπάνω τη γραμμή μεταξύ εποπτείας και καταγραφής δεδομένων

• Με άλλα λόγια η Wondareware προσφέρει ξεχωριστά το HMI προϊόν της (το InTouch), ενώ ως ξεχωριστό πακέτο προσφέρει και την βιομηχανική βάση δεδομένων InSQL Server (Industrial SQL Server), ενημερώνοντας φυσικά ότι τα δύο αυτά προϊόντα συνεργάζονται μεταξύ τους για το βέλτιστο αποτέλεσμα

230

InSQL

• O InSQL εκτός δεν αποτελεί έναν απλό καταγραφέα, όπως ο iHistorian, αλλά μια πανίσχυρη πραγματικού χρόνου βάση δεδομένων, κατά τα πρότυπα του πολύ δημοφιλούς Microsoft SQL Server

• Αυτό δίνει ένα μεγάλο πλεονέκτημα στον InSQL Server, καθώς ο ίδιος προσφέρει μεγαλύτερη ευχρηστία και οικειότητα στους προγραμματιστές και τους τεχνικούς για ανάπτυξη εφαρμογών. Το InTouch με τη σειρά του παρέχει τις ίδιες βασικές λειτουργίες και δυνατότητες με το iFix, με τη σύγκριση των δύο να μπορεί να πραγματοποιηθεί μόνο σε πρακτικό επίπεδο

231

122 εδώ->116 org

RSView

• Τέλος, η πολύ γνωστή στο χώρο των αυτοματισμών, Rockwell έχει διεισδύσει και στον χώρο τον SCADΑ συστημάτων με ένα όμοιο με τα παραπάνω από πλευράς ιδιοτήτων πακέτο

• Η λύση της Rockwell στον τομέα του HMI ονομάζεται RSView, ενώ κυκλοφορεί ξεχωριστά ο RSBiz Historian (καταγραφέας και αναλυτής δεδομένων) και μια σειρά άλλων εργαλείων, όπως το RSTrend (δημιουργία real-time ή ιστορικών γραφημάτων) και το RSMessenger (ειδοποίηση κρίσιμων γεγονότων-Alarms μέσω Η/Υ, τηλεφώνου, βομβητή, ηχοσυστήματος κ.λπ.)

233

Τέλος Ενότητας

234

Documents

Παρουσίαση του PowerPointeclass.teipir.gr/openeclass/modules/document/file... · • Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες