PRAUT - 2007-08 - Predavanje07

Praktikum automatizacije

Predavanje 07 – SCADA sustavi.

Praktikum automatizacije -- Predavanje 07 2

Sažetak Predavanja 06• Komunikacijske mreže sustavima automatizacije donose:

– Lak pristup informacijama– Jednostavnu proširivost– Smanjenje troškova dizajniranja, kabeliranja, puštanja u pogon i

održavanja• Niže razine sustava automatizacije zahtijevaju komunikaciju sa

zajamčenim vremenom trajanja (real-time) – ostvaruje se fieldbus mrežama– Senzor-aktuator mreže– Procesne mreže

• AS-I je najraširenija senzor-aktuator mreža• PROFIBUS DP je trenutno najraširenija procesna mreža, no čini se

da budućnost pripada Industrial Ethernet mrežama


Pregled Predavanja 07

• SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) sustavi – sustavi za vođenje i nadgledanje sustava automatizacije– Sklopovska arhitektura SCADA-e– Programska arhitektura SCADA-e

• Glavne funkcije SCADA-e


Uloga SCADA sustava• Koristeći SCADA-u operateri na intuitivan način mogu

– Pratiti trenutno stanje sustava automatizacije– Pratiti trendove iznosa varijabli sustava automatizacije– Nadgledati i potvrđivati alarme koji se generiraju na nižim razinama

sustava automatizacije– Intervenirati upravljačkim komandama u sustav automatizacije (npr.

zadavanje postavnih veličina regulacijskim krugovima u razini upravljanja postrojenjima i procesima, neposredne akcije kod potvrđivanja alarma)

– Sve gore navedeno obavlja se u skladu s korisničkim dozvolama• Procesne veličine i alarmi logiraju se, a moguće i arhiviraju u baze

podataka, zajedno s vremenskim zapisom i eventualno dodatnim podatcima– Omogućuje dugotrajnije praćenje rada sustava automatizacije –

prvenstveno interesantno za razine upravljanja tvornicom i korporacijom– Vrlo važno za utvrđivanje mjesta nastanka kvara u sustavu


Tag• SCADA sustav informacije o sustavu automatizacije

dobiva preko komunikacijske mreže, na način da se u njemu osvježavaju slike varijabli iz SA

• Te slike varijabli nazivaju se eksterni tag-ovi• Osvježavanje eksternih tag-ova obavlja se ciklički

– Jedan ciklus osvježavanja tipično iznosi između 100 ms i 1 s• Uz eksterne tag-ove, postoje i interni koje se

proračunava na samom SCADA sustavu– npr. referentna veličina i izlazna veličina nekog sustava

upravljanja na nižoj razini sustava automatizacije mogu biti eksterni tag-ovi, dok se regulacijsko odstupanje može proračunavati na SCADA sustavu kao interni tag, te na temelju njega alarmom dojaviti o mogućem lošem radu tog sustava upravljanja


Primjer jednostavnog SCADA sustava

PLC-om 1 zatvara se regulacijski krug protoka fluida

PLC-om 2 zatvara se regulacijski krug razine fluida u spremniku

Operater na SCADA sustavu:

Nadgleda tag-ove: protoka fluida, razine fluida, struja pogonskih motora, otvorenost ventila, brzinu vrtnje pumpe...

Pazi na eventualne alarme iz postrojenja (npr. preopterećenje pogonskih motora), potvrđuje ih te dodatno reagira (npr. pokretanjem procedure sigurnog zaustavljanja rada)

Zadaje postavne veličine za protok i razinuDodatno se procesne veličine arhiviraju u bazu podataka radi mogućnosti naknadne analize rada postrojenja


Mjesto SCADA sustava u sustavu automatizacije (1)

Proces1…

Proces2…

Pr ocesn…S A R S S S S A SA R S

PLC

Postrojenje1

Proces1…

Proces2…


PLCPostrojenjen

HMI HMI

SWITCHLINK

SCADA Upravljačkoračunalo

IT aplikacija1(nabavka sirovine)

IT aplikacija2(nadzor kvalitete)

IT aplikacija3(računovodstvo)

Razina upravljanjapostrojenjima i procesima

Razina upravljanjatvornicom

Razina upravljanjapoduzećem

PLC

ROUTER

Internet

Senzor-aktuator mreža

Procesna mreža

Tvornička mrežaETHERNET

senzor

aktuatorregulacijski

krug


Mjesto SCADA sustava u sustavu automatizacije (2)

• Budući da su često višim razinama sustava automatizacije sasvim dovoljne brzine osvježavanja slika procesnih varijabli u SCADA sustavu ili lokalnim HMI uređajima, vrlo su česte i ove strukture:

Proces1…

Proces2…


PLC

Postrojenje1

Proces1…

Proces2…


PLCPostrojenjen

HMI HMI





PLC

ROUTER

Internet

ETHERNET

senzor


krug

Proces1…

Proces2…


PLC

Postrojenje1

Proces1…

Proces2…


PLCPostrojenjen

HMI HMI





PLC

ROUTER

Internet

ETHERNET

senzor


krug

Industrial ETHERNET, TCP/IPili

• Ustvari se i cijele razine upravljanja tvornicom i poduzećem, kao i pojedinačni HMI u pojedinim postrojenjima mogu smatrati dijelom SCADA sustava


Sklopovska struktura SCADA sustava

• Pod SCADA-om podrazumijeva se računalo ili distribuirani sustav računala opremljenih odgovarajućom programskom podrškom za vizualizaciju, upravljanje i arhiviranje tag-ova

Server Redundantniserver

Klijent Klijent Klijent

PLC PLC PLC PLC PLC

Ethernet

Fieldbus

Distribuirani SCADA sustav

Server

PLC PLC PLC PLC PLC

Fieldbus

CentraliziraniSCADA sustav+ klijent


Programska struktura SCADA sustava - serveri

• Na slojeve standardne fieldbus komunikacije s PLC-om naslanja se, nekad driver, a danas OPC server – standardiziran skup sučelja kojim Windows programski paketi pristupaju podatcima s PLC-a odgovarajućeg proizvođača

– OPC server za odgovarajući PLC isporučuje njegov proizvođač

– Kod driver-a, za svaki Windows programski paket i svakog proizvođača trebalo je posebno programirati komunikaciju

• U jednom ili više servera pohranjuje se real-time baza podataka (RTDB) sustava automatizacije –ustvari baza tag-ova s vremenskim tragom (time-stamp)

• Iz RTDB podatci se obrađuju i prosljeđuju klijentima, te spremaju u kratkoročnije baze za grafički prikaz (log) i dugoročne baze (arhive), a registrirani alarmni događaji u alarmnu bazu

• Postavke vrijednosti skupine tag-ova nazivaju se recepture i često se koriste u SCADA sustavima

• SCADA se i na serverima i na klijentima konfigurira odgovarajućim programskim paketom

PLC

OPC server

Programski moduli SCADA servera

Obradapodataka

Alarm DBLog DBArchive DB

Upravljanje podatcima

RTDB

Receptura

KonfiguracijaSCADA server-a


Konfiguriranje SCADA sustava• Omogućeno posebnim modulom istog programskog alata kojim se u

stvarnom vremenu obavlja i upravljanje-nadzor (engl. runtime)• Konfiguracijskim alatom definiraju se

– Komunikacijske veze– Tag-ovi (vežu se s memorijskim lokacijama PLC-a)– Izgled HMI i dinamička veza objekata na njemu s tag-ovima– Alarmni događaji, način prikaza i potvrđivanja alarma– Arhive tag-ova, log-ovi i trendovi– Recepti

• Također postoji i sučelje prema alatima poput C, C++, Visual Basic za programiranje nekih naprednijih funkcija SCADA-e

• Predstavnici– InTouch, tvrtka IvenSys – Wonderware– iFIX, tvrtka GE Fanuc – Intellution– WinCC, tvrtka Siemens


Programska struktura SCADA sustava - klijenti

• Komunikacija između aplikacija servera i klijenta najčešće je događajem vođena – aplikaciji klijenta dojavljuju se TCP/IP protokolom promjene parametara iz aplikacije servera na koje je aplikacija klijenta “pretplaćena”

• Glavni programski modul SCADA klijenta je sučelje čovjek-stroj (HMI)

• Intuitivno, grafički i tekstualno, prikazuju se stanja procesa, trendovi i alarmi– Dinamički grafički objekti kojima se operateru dojavljuje o stanju sustava

ili preko kojih on vodi sustav automatizacije– Najčešće je HMI organiziran kroz više prikaza između kojih se operater

jednostavno prebacuje– Prikaz i potvrđivanje alarma– Spremanje vremenskog tijeka varijable (tag logging) i grafički prikaz log-

a (trend)– Upravljanje recepturama


HMI

Trenutno stanje

Alarmi

Logovi i trendovi

Recepture


HMI na operatorskim panelima• Vizualizacija i upravljanje postrojenjem od strane opslužnog osoblja u

pogonu provodi se HMI uređajima direktno spojenim na fieldbus mrežu –operatorskim panelima

• Njihove mogućnosti u vizualizaciji procesa daleko su skromnije od mogućnosti SCADA server-a

– Međutim, SCADA server može se spojiti s panelom i koristiti u vizualizaciji tag-ove s panela

• Konfiguracija HMI na operatorskim panelima obavlja se programskim alatom kojeg obično osigurava proizvođač panela – primjer: WinCC Flexible tvrtke Siemens

Operatorski panel s LCD tekstualnim pokaznikom i tipkama

Operatorski panel s ekranom osjetljivim na dodir


Alarmi (1)• Alarmi su promjene u sustavu na koje je potrebno operateru

posebno skrenuti pažnju• Ugrubo se mogu podijeliti na tri tipa:

– informativni: nije potrebna nikakva akcija operatera(npr. “produkt sišao s linije u 11:13")

– upozorenje: postrojenje bi moglo pretrpjeti štetu ukoliko se “uskoro”nešto ne poduzme (npr. “dizalica s proizvodima opterećena deklariranom nosivošću")

– blokirajući: dogodio se događaj zbog kojeg je PLC poduzeo sigurnosnu akciju, daljnji rad onemogućen dok se uzrok ne otkloni (npr. “preopterećenje pogonskog motora")

• Upozorenja i blokirajući alarmi zahtijevaju i potvrdu operatera• Alarme je moguće grupirati u grupe i potvrđivati odjednom sve

alarme iz grupe koji su se dogodili• Na događaj alarma moguće je konfigurirati i da SCADA obavi

dodatnu akciju, npr. pošalje e-mail na određenu mail adresu


Alarmi (2)• Događaji koji se na SCADA-i mogu konfigurirati kao alarmi:

– Binarne promjene procesnih varijabli (koje su interpretirane bitovima u memoriji PLC-a) – padajući ili rastući brid

– Analogna procesna varijabla koja prijeđe gornji ili donji granični iznos –granični iznosi definiraju se u konfiguraciji SCADA sustava

– Prijem alarmne poruke s PLC-a– Proračunata vrijednost internog tag-a na SCADA-i

• Konfiguracijom se uz događaj koji izaziva alarm definira i tekst kojeg će se pritom ispisati, te identifikacijski broj alarma

• Svaki alarmni događaj zapisuje se u alarmni log zajedno s vremenom kada je alarm nastao, te se u log-u dodatno vodi evidencija o statusu alarma: aktiviran (C), deaktiviran (D) i potvrđen (A)

• Primjer prozora s alarmnim logom na operatorskom panelu:


Logovi/arhiviranje

• Logiranje – srednjeročno spremanje uzoraka tag-a, najčešće se provodi ciklički, tj. najstariji podatak u log-u se briše kad se dosegne neka veličina datoteke, neki vremenski period spremanja ili broj uzoraka

• Arhiviranje – dugoročno spremanje na medij za trajnu pohranu


Trendovi

• Vremenski tijek varijable prikazuje se on-line kroz neko vremensko razdoblje u najbližoj prošlosti (real-time trending) ili kroz neko razdoblje u prošlosti (historical trending)

• Najčešće taj prikaz ide u zasebnom grafičkom objektu, na temelju podataka zapisanih u log-u određenog tag-a


Recepture• Korištenjem receptura (recipes), operater ima mogućnost simultano

promijeniti niz tag-ova, tj. varijabli u PLC-u• Primjer - proizvodna linija soka od naranče gdje se u izlaznom spremniku

miksaju sadržaji triju spremnika sa sirovinom: spremnika s vodom, spremnika s koncentratom voća i spremnika sa sladilom

– Nektar: 50% vode, 40% koncentrata voća i 10% sladila– Juice: 40% vode, 55% koncentrata voća i 5% sladila

VodaKoncentrat

voća Sladilo

Spremnik za miješanje Premapunionici

PLC

Upravljanjeprotocima

SCADA


Primjer – nastavak• Operater treba istodobno postaviti unaprijed znane

postavne vrijednosti izlaznih protoka iz sva tri spremnika (npr. MW60, MW62, MW64) kad se proizvodnja prebacuje s nektara na juice ili obrnuto

• Na SCADA-i se definira receptura s dva seta podataka (data record) za tag-ove koji su vezani s lokacijama MW60,62,64, jedan set za proizvodnju nektara, drugi set za proizvodnju juice-a

• Na HMI se odabere koji set podataka iz recepture se želi aktivirati, te se potom njegovom aktivacijom odjednom, u istom akvizicijskom ciklusu, mijenjaju postavne vrijednosti svih triju protoka


Zaključak

• SCADA sustavi služe za operaterski nadzor i vođenje sustava automatizacije

• Funkcionalno, SCADA se sastoji od– Sučelja čovjek-stroj (HMI)

• Informacije o procesu putem dinamičkih grafičkih objekata

– Baze relevantnih varijabli sustava automatizacije (tag-ova)

– Baze alarma– Arhiva tag-ova i alarma– Receptura

Komentari na središnji upitnik kolegija

Documents

PRAUT - 2007-08 - Predavanje07